Relativite

[Haflinger]

Bonjour a tous

La relativité et d'une façon générale tout ce qui est postérieur a Newton me dépasse, j'ai appris que la vitesse de la lumière était constante quelle que soit le référentiel et qu'il n'y avait pas de composition des vitesses concernant la lumière, pourtant j'ai aussi appris qu'on mesurait la vitesse de rapprochement ou d’éloignement relative des étoiles grâce a l'effet Doppler, hors de mon point de vue l'effet Doppler est bien la preuve d'une différence de vitesse entre celle d’émission et celle de réception.
Autre turlupinude, j'ai aussi appris qu'il n'y avait pas de référentiel "universel", pourtant lorsqu'on observe les effets centrifuges et gyroscopiques on peut en déduire des mouvements de rotation, mais par rapport a quoi ?
y a t'il des réponses a ces 2 questions ?

Merci d'avance
-----

[cocomos77]

Bonjour,

Je laisse les spécialistes répondre pour tout.

Mais concernant le référentiel universel je m'étais posé la question il y a quelque temps et donc la réponse m'intéresse grandement, effectivement par rapport à quoi un gyroscope est-il fixe?

[phys4]

Bonjour,
Pour les référentiels, l'absence de référentiel préférentiel concerne uniquement les translations : tous les référentiels inertiels sont équivalents.
Cela ne concerne pas la rotation , ainsi une rotation est détectable sans repère extérieur, c'est l’intérêt des gyroscopes, si la rotation était relative, les effets centrifuges n'existeraient pas.

La vitesse de lumière est toujours mesurée identique, mais en déduire que l'effet Doppler n'existe pas est incorrect, car la vitesse relative existe, et lorsque deux référentiels se déplacent l'un par rapport à l'autre, ils ne peuvent pas recevoir la lumière avec la même fréquence. Les formules de l'effet Doppler sont relativistes, vous ne pouvez pas utiliser les formules de la mécanique simple.

[Deedee81]

Salut,

Phys4 a dit l'essentiel. Quelques points :

- il y a une infinité de référentiels accélérés ou en rotation donc là non plus on ne peut choisir un référentiel absolu. Le choix d'un référentiel est de toute façon toujours un choix arbitraire. C'est nous qui décidons de mesurer la position de Paris par rapport à Bruxelles , par rapport aux longitudes, latitudes, par rapport au Soleil, etc... Et comme la manière dont se déroule le phénomène n'a cure de nos choix personnels, on essaie d'avoir des formulations théoriques qui ne dépendent pas de tel ou tel choix particulier. Cela n'empêche pas l'existence de référentiels privilégiés par la présence d'un objet par exemple (comme le référentiel géocentrique ou le référentiel héliocentrique, ce qui facilite les calculs dans telle ou telle circonstance. Même le référentiel "attaché" au rayonnement fossile est juste un référentiel particulier et privilégié par un phénomène physique). Attention, il y a parfois pas mal de flou dans le vocabulaire des auteurs (universel, absolu, privilégié, particulier, les mots utilisés varient et parfois un même mot dans un sens différent se lon les auteurs).
- Le fait que la lumière est identique dans tout référentiel est appelée "invariance" (plutôt que constant, juste un point de vocabulaire, mais la vitesse de la lumière dans le vide est aussi constante en effet). (*)
- On peut parfaitement composer les vitesses en relativité. Les règles sont juste un peu plus compliquées qu'en physique newtonienne.
https://fr.wikiversity.org/wiki/Rela...n_des_vitesses

Dernier point, on peut formuler aussi les théories de manière à ce qu'elles soient invariantes dans tout référentiel même accéléré, pas seulement inertiel, c'est la relativité générale (bien que la notion de référentiel y soit plus délicate à cause de la géométrie particulière de l'espace-temps, en fait il y a déjà des difficultés en relativité restreinte avec les référentiels accélérés, mais bon, inutile de plonger en eau trouble).

EDIT (*)
- invariant identique dans tout référentiel (identique pour tout observateur)
- constant : qui ne varie pas au cours du temps
La vitesse de la lumière dans le vide est constante et invariante
L'énergie (totale) est constante mais pas invariante
L'entropie (totale) est invariante mais pas constante
La vitesse d'une voiture n'est ni constante ni invariante

Les théoriciens préfèrent ce qui est constant et invariant (ça aide beaucoup pour les calculs mais aussi pour la compréhension).

[A voir en vidéo sur Futura]

[Haflinger]

Bonjour

Par exemple si je compare les mouvements apparents de 2 gyroscopes éloignés l'un de l'autre, seront-ils parfaitement synchrones ou pas ?

[Deedee81]

Par exemple si je compare les mouvements apparents de 2 gyroscopes éloignés l'un de l'autre, seront-ils parfaitement synchrones ou pas ?

Il y a peu de chance quand même. Surtout s'ils sont fort éloignés.

[Mailou75]

Salut,

Autre turlupinude, j'ai aussi appris qu'il n'y avait pas de référentiel "universel", pourtant lorsqu'on observe les effets centrifuges et gyroscopiques on peut en déduire des mouvements de rotation, mais par rapport a quoi ?

A priori la réponse est "par rapport au reste de l'univers" et "autour d'un centre défini". Si tu tournes sur toi même la force centrifuge va faire lever tes bras. Le "principe de Mach" dit que si le reste de l'univers se mettait à tourner autour de toi, tes bras se lèveraient de la même façon. Pourtant j'ai un doute là dessus... si le reste de l'univers tournait alors les objets qui le composent s'éloigneraient, mus par la force centrifuge de leur rotation autour de toi. Je ne vois pas pourquoi tes bras se lèveraient... Conclusion, même après avoir défini un centre absolu pour la rotation, la rotation elle même n'est pas relative !

[Haflinger]

Merci Maillou75,
je ne connaissait pas le principe de Mach mais j'avais déduit la même chose que ce bon vieux Mach,
je me demandais ce que les théories "modernes" en disaient mais apparemment rien du tout, on est dans un vide scientifique semble-t'il et je ne suis pas près de comprendre la relativité, si tant est qu'il y ai quelque chose a comprendre

[invite7a0a8d2e]

je me demandais ce que les théories "modernes" en disaient mais apparemment rien du tout, on est dans un vide scientifique semble-t'il et je ne suis pas près de comprendre la relativité, si tant est qu'il y ai quelque chose a comprendre

Vous avez raison.
Je n'ai jamais entendu personne énoncer quelque-chose de clair sur la question.
En fait, et c'est là la chose amusante, on part du principe qu'il y a une rotation pour ensuite se demander comment on la définie.
Pour ma part, je ne considère que l'inertie et sa variation.
C'est sur ce principe que vous pouvez déduire une "rotation", soit dit plus simplement "un écart par rapport à la ligne droite" qui se traduit par une résistance au changement de cette "trajectoire rectiligne" (la géodésique).
Beaucoup d'écarts ajoutés de la sorte font certes une rotation...

Donc, à partir de quoi définit-on la "rotation" (qui si vous avez suivi le raisonnement peut être considéré comme une vue de l'esprit) ?
Comme pour translation, si vous voulez des équations simples, il faut quelque-chose qui se déplace sans accélération (il faut avoir établi une direction pour définir une rotation.)

[Haflinger]

c'est somme toute amusant,
comment sais-t'on que quelque-chose se déplace ? et sans accélération de surcroit ? et par rapport a quoi ?
avec des gyroscopes, des gyromètres et des accéléromètres, en appliquant des couples de forces (fusées) on doit pouvoir stopper une rotation autour du C.G. et en appliquant des accélération au centre de gravité (fusée) on doit pouvoir observer une courbure de trajectoire (ou pas) et en déduire une translation grâce au taux de rotation et a la masse, et donc définir une position d’immobilité en translation et en rotation, par rapport a quoi ? un référentiel universel ?
est-ce que le fait de changer d'endroit changerait aussi ce "référentiel" ?

[phys4]

avec des gyroscopes, des gyromètres et des accéléromètres, en appliquant des couples de forces (fusées) on doit pouvoir stopper une rotation autour du C.G. et en appliquant des accélération au centre de gravité (fusée) on doit pouvoir observer une courbure de trajectoire (ou pas) et en déduire une translation grâce au taux de rotation et a la masse, et donc définir une position d’immobilité en translation et en rotation, par rapport a quoi ? un référentiel universel ?
est-ce que le fait de changer d'endroit changerait aussi ce "référentiel" ?

Vous avez fait la plus grande partie du chemin.
Effectivement avec un accéléromètre et un gyromètre, vous pourrez en déduire que vous êtes dans un référentiel inertiel si votre accéléromètre indique zéro pour les 3 directions, et votre gyromètre indique zéro pour les 3 axes.
Une fois que vous avez trouvé ce repère de référence, la question par rapport à quoi, n'a simplement pas de sens.
Cette question de référentiel universel a questionné tous les physiciens au 19ème siècle, et H.Poincaré a démontré, avec son groupe de Lorentz que tous les repères inertiels étaient équivalents, il n'y a pas de privilégié. Einstein a prolongé cela en faisant la déduction logique que la physique devait être identique dans tous ces référentiels : la base de la relativité était posée.
Ce qui peut sembler curieux, c'est qu'il existe une infinité de ces repères, vous pouvez en considérer un qui se translate à 1 km/s par rapport au premier, puis une troisième qui ira à 1km/s par rapport au précédent et ainsi indéfiniment. Pourtant par rapport au premier ces repères seront toujours dans la gamme de vitesse (-c,+c)
Pour la rotation c'est plus simple, vous pouvez tourner votre repère de 1°, puis à nouveau de 1° indéfiniment, ce sont toujours des repères inertiels, mais après 360° vous retrouvez le repère de départ.

[Haflinger]

D'accord pour les référentiels inertiels, je crois que je me suis planté car j'ai pensé qu'on pouvait détecter une translation mais apparemment c'est impossible.
Je bloque toujours sur la notion de la vitesse de la lumière, je n'ai peut-être pas bien compris mais si cette vitesse est égale pour tout le monde, je ne comprends pas comment dans mon salon (ou j'aurais préalablement fait le vide et porterait un scaphandre) et me tenant immobile, je verrais la lumière du lampadaire me parvenir a une certaine vitesse, qu'ensuite en marchant a 1 m/s vers le lampadaire la vitesse ne varierait pas, puis en m’éloignant elle ne varierait pas davantage,
Comment expliquer la disparition de ma vitesse de déplacement dans une direction comme dans l'autre ?
je veux bien croire a une contraction du temps ou a une dilatation, mais les deux selon la direction que je prends par rapport au lampadaire cela me laisse dubitatif, quelle est l'explication ?

[phys4]

Il suffit d'appliquer les relations trouvées par Lorentz :
Les distances et temps dans un repère, ne sont plus les mêmes quand elle sont vues dans un autre repère.
Conséquence
- la lumière est toujours vue avec la même vitesse quelque soit le repère.
- les vitesses ne s'ajoutent pas exactement, comme signalé au message précédent, vous pouvez ajouter indéfiniment 1 km/s à chaque repère successif, vous resterez en deçà de la vitesse limite.
- les grandeurs vues dans un autre repère sont données par les relation de Lorentz pour tout vecteur et tenseur. Elles deviennent les lois de changement de repère en translation pour toute la physique.

[mach3]

Un point à comprendre est que la notion de vitesse relative entre deux objets est liée à un genre d'angle entre leurs deux lignes d'univers, qui est parfois nommé "rapidité". La vitesse relative entre le deux objets est la tangente hyperbolique de cette rapidité.

C'est un peu comme en trigonométrie, on trace un triangle "rectangle", on choisit un angle, le côté adjacent est un bout de la ligne d'univers d'un premier objet, sa "longueur" est une durée mesurée par ce premier objet, l'hypoténuse est un bout de la ligne d'univers d'un deuxième objet, sa "longueur" est une durée mesurée par ce premier objet, le côté opposé est la distance parcourue par le 2e objet pendant que la durée mesurée par le premier objet. Le rapport opposé sur adjacent est, au coefficient c près, la tangente hyperbolique (en lieu et place de la tangente classique de la trigonométrie), c'est la distance sur la durée, donc une vitesse. Au passage, le rapport adjacent sur hypoténuse, le cosinus hyperbolique, est le fameux facteur gamma que l'on voit apparaitre dans les formules de dilation des durées ou contraction des longueurs.

Là où les angles "tournent en rond" sur 360° et où la tangente est une fonction périodique, la rapidité va de -infini à +infini et la tangente hyperbolique va de -1 à +1 de façon strictement croissante.

Comme les angles en trigonométrie, les rapidités s'ajoutent, mais pas leurs tangentes (hyperbolique), sauf pour de toutes petites valeurs où on peut faire l'approximation. On a donc l'impression que les vitesses (=tangentes hyperboliques de rapidité x c) sont additives alors que ce sont les rapidités qui sont additives.
Quand la tangente hyperbolique vaut -1 ou 1, la vitesse vaut -c ou c et la rapidité est infinie : la rapidité de la lumière est infinie! On peut additionner ou retrancher toute valeur finie à une rapidité infinie, elle restera toujours infinie, traduit en tangente hyperbolique, puis en vitesse, cela signifie que la lumière va toujours à la vitesse c.

m@ch3

[Matmat]

Salut,



A priori la réponse est "par rapport au reste de l'univers" et "autour d'un centre défini". Si tu tournes sur toi même la force centrifuge va faire lever tes bras. Le "principe de Mach" dit que si le reste de l'univers se mettait à tourner autour de toi, tes bras se lèveraient de la même façon. Pourtant j'ai un doute là dessus... si le reste de l'univers tournait alors les objets qui le composent s'éloigneraient, mus par la force centrifuge de leur rotation autour de toi. Je ne vois pas pourquoi tes bras se lèveraient... Conclusion, même après avoir défini un centre absolu pour la rotation, la rotation elle même n'est pas relative !

Le jour où on sera technologiquement capable de constater un effet Lense-Thirring sur un pendule de Foucault alors le doute sera levé.

[invite7a0a8d2e]

Le jour où on sera technologiquement capable de constater un effet Lense-Thirring sur un pendule de Foucault alors le doute sera levé.

Excellente remarque.
L'effet Lense-Thirring ! (Je recherchai justement le nom de cet "entrainement de l'espace").

[mach3]

Le jour où on sera technologiquement capable de constater un effet Lense-Thirring sur un pendule de Foucault alors le doute sera levé.

L'effet Lense-Thirring a déjà été mesuré :

https://journals.aps.org/prl/abstrac...ett.106.221101

Concernant le principe de mach, il n'est pas vraiment utile en relativité générale : il n'y a pas de consensus sur la compatibilité de ce principe avec le relativité générale de ce que je me souviens. Il a notamment servi de guide à Einstein durant l'élaboration de la théorie, pour être ensuite rejeté par celui-ci me semble-t-il. Un point problématique est d'énoncer ce principe dans la cadre de la RG : selon comment on l'énonce il sera ou non compatible. Au bilan ce principe n'apporte pas grand-chose à part des débats bien souvent stériles et sans fin.

m@ch3

[phys4]

Le jour où on sera technologiquement capable de constater un effet Lense-Thirring sur un pendule de Foucault alors le doute sera levé.

Intéressant !
L'effet existe, alors quel doute pensez vous avoir levé ?

[Matmat]

Intéressant !
L'effet existe, alors quel doute pensez vous avoir levé ?

j'ai un avis sur la question mais que je ne peux dire ici puisque officiellement il y a toujours controverse, comme si le constat à l'échelle astrophysique n'était pas suffisant.

[Deedee81]

Salut,

Un petit détail mais qui a son importance vu la discussion ici. Cela concerne le principe de Mach (je parle du gars du XIXe siècle, pas de Mach3 ci-dessus ).

Ce principe a été imaginé bien avant la relativité et donc sans le cadre théorique adapté. Il a même une formulation très philosophique plutôt que physique et est de fait assez flou et imprécis (même si ce n'était pas le cas dans l'esprit de Mach ou des profanes qui le découvrent). https://fr.wikipedia.org/wiki/Principe_de_Mach

Et à cause de ces défauts il est parfois possible de faire dire ce qu'on veut au principe de Mach. C'est à tel point que dans le livre "Gravitation" de Misner, Thorn et Wheeler ils démontrent rigoureusement que la relativité générale implémente le principe Mach (*). Et dans son livre sur la relativité générale, Wigner démontre rigoureusement que la relativité générale est en contradiction avec le principe de Mach. Cherchez l'erreur

(*) pas tout, par exemple le point Mach4 : l'Univers est spatialement fermé (dans le lien ci-dessus). Ca on n'en sait rien (les deux possibilités existent en relativité générale).

[coussin]

Le principe de Mach a servi de point de départ aux travaux de Sciama sur l'origine de l'inertie. Ce sont des travaux assez attrayants (selon moi en tout cas, j'aime l'idée) mais qui malheureusement ne marchent pas vraiment...
http://adsabs.harvard.edu/full/1953MNRAS.113...34S (je pense que ce lien est légitime et ce papier en accès libre...)

[invite7a0a8d2e]

L'inertie...
A partir du moment où il y a un retard dans la propagation de quelque-chose (C limite) n'est-il pas normal d'avoir une résistance à l'avancement (qui reflète ce retard) ?

[Deedee81]

Salut,

Il a probablement fait comme Thorn et Wigner : comblé les trous du principe de Mach pour en faire quelque chose d'exploitable (ceci dit sans juger de validité de son travail), mais il faudrait lire l'article.

[Deedee81]

L'inertie...
A partir du moment où il y a un retard dans la propagation de quelque-chose (C limite) n'est-il pas normal d'avoir une résistance à l'avancement (qui reflète ce retard) ?

Je ne vois pas trop le lien. Enfin, si, il y en a un, mais pas complet ni un lien de cause à effet.

[Deedee81]

Concernant ce problème de l'inertie, on est un peu hors sujet mais ça reste intéressant et comme Haflinger a eut ses réponses.....

Je viens de faire quelques recherches par acquit de conscience, mais il semble que l'origine de l'inertie reste un problème essentiellement ouvert :
- j'ai vu des pages disant que ce sujet avait souvent été un aiguillon dans la recherche mais n'était pas résolu
- plusieurs pages (y compris sur Futura) font référence à Mach
- plusieurs semblent avoir proposé des thèses (y compris sur Futura) mais critiquées/invalidées....

Je voulais vérifier avant de faire la remarque suivante :
J'aurais tendance à rechercher plutôt l'origine de l'inertie du coté de la théorie quantique des champs car le Higgs donne la masse aux particules élémentaires. On lit souvent l'explication vulgarisée (grossièrement) disant que le Higgs agit un peu comme une foule ou de la glu, "freinant" les objets (le mot "freiner est imparfait car les particules massives ne ralentissent pas, mais bon, l'esprit y est). Et c'est vrai que l'interaction avec le Higgs leur donne leur inertie.

Normalement le Higgs ne s'applique qu'aux bosons de jauge (comme les W, Z) mais son extension à toutes les particules élémentaires est tout à fait naturel et élégant.

Mais il n'y a pas que ça : l'essentiel de la masse/inertie ne vient pas de là. Ca ne représente que quelques % de la masse du proton. L'essentiel de la masse vient de l'énergie à travers la bonne vieille relation E=mc2, et sans intervention du Higgs (et impossible de le faire intervenir car ça serait en conflit avec l'origine relativiste de la masse).

Donc cette idée..... ne marche pas. Y a un étrange mystère là derrière.... ce qui me chagrine vu mon inertie importante (enfin pas trop depuis que j'ai fait régime pour le cholestérol )

[invite7a0a8d2e]

Je ne vois pas trop le lien. Enfin, si, il y en a un, mais pas complet ni un lien de cause à effet.

Oui, surement qu'il y a un lien (pas de cause à effet on est d'accord... mais de cause à effet avec délai, enfin il me semble).
Après, la question de l'inertie en tant que "réserve de mouvement" n'est effectivement pas en lien direct avec un éventuel effet retard.
Mais, et là on rejoint une problématique de la thermodynamique, ce qu'on appelle inertie n'est en vérité pas l'inertie elle-même mais la variation de l'inertie.
La quantité d'énergie en jeu dans l'inertie est inconnue, seule sa variation est modélisée.
Comme pour l'énergie interne U, dont on ignore la valeur absolue (relativement à un "point 0" ?) mais pour laquelle on sait quantifier la variation.

La valeur de l’énergie interne n’est ni mesurable, ni calculable. On peut néanmoins, en tant que fonction d'état, avoir accès à ses variations Δ U {\displaystyle \Delta U}

https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89nergie_interne

[Deedee81]

C'est brumeux ce que t'expliques (TRES brumeux et je suis gentil) et ta citation sur l'énergie interne est liée à la théorie de la thermodynamique classique et est.... faux en relativité !!!! En RR l'énergie interne est mesurable et calculable.
Faut pas mélanger les contextes théoriques sinon ça fait de la bouillabaisse (bon, même si c'est pas mauvais comme plat )

[inviteb8b5627a]

Bonjour,

Pour Haflinger :

hors de mon point de vue l'effet Doppler est bien la preuve d'une différence de vitesse entre celle d’émission et celle de réception.

Ca veut pas dire grand chose "différence de vitesse entre celle d'émission et celle de réception". De toute façon l'effet Doppler ne mesure pas une différence de vitesse mais de longueurs d'onde, et c'est bien la longueur d'onde qui varie, pas la vitesse de l'onde...

Comment expliquer la disparition de ma vitesse de déplacement dans une direction comme dans l'autre ?
je veux bien croire a une contraction du temps ou a une dilatation, mais les deux selon la direction que je prends par rapport au lampadaire cela me laisse dubitatif, quelle est l'explication ?

Il n'y a pas d'explication, c'est un fait : la lumière se propage à vitesse constante dans le vide.
La relativité restreinte a justement été développée pour permettre une cinématique qui tienne compte de ce fait, elle ne l'explique pas. C'est pas parce qu'on a une théorie mathématique qui permet des prédictions qu'elle apporte une explication.
Je ne pense pas que la relativité générale "explique" la gravitation. La physique n'explique pas le "principe de moindre action", c'est un principe fondamental, il n'a aucune explication.
Faites attention aux mots : "explication" "explique" etc. en physique, très souvent casse gueule quand on pousse un peu les choses.

[Haflinger]

Bonjour,

Pour Haflinger :

Ca veut pas dire grand chose "différence de vitesse entre celle d'émission et celle de réception". De toute façon l'effet Doppler ne mesure pas une différence de vitesse mais de longueurs d'onde, et c'est bien la longueur d'onde qui varie, pas la vitesse de l'onde....

la longueur d'onde est la vitesse divisée par la fréquence, l'effet Doppler c'est aussi une variation de fréquence,
si la fréquence varie entre la source et le récepteur c'est que la vitesse apparente de propagation varie pour le récepteur, elle augmente en se rapprochant et diminue en s’éloignant, non ?

Il n'y a pas d'explication, c'est un fait : la lumière se propage à vitesse constante dans le vide.

et si on change de référentiel la vitesse est toujours la même selon les mesures, ne se pourrait-il pas que la mesure par les moyens employés puisse "recaler" la dite vitesse dans le nouveau référentiel ?

[mach3]

la longueur d'onde est la vitesse divisée par la fréquence, l'effet Doppler c'est aussi une variation de fréquence,
si la fréquence varie entre la source et le récepteur c'est que la vitesse apparente de propagation varie pour le récepteur, elle augmente en se rapprochant et diminue en s’éloignant, non ?

Dans le Doppler "classique" avec le son, la longueur d'onde mesurée et la vitesse par rapport à l'air sont reliée par la fréquence mesurée dans le référentiel où l'air est immobile. L'air étant un milieu de propagation matériel, la fréquence de l'onde sonore a un sens intrinsèque.

Cela n'a pas d'équivalent avec la lumière. Il n'y a pas de milieu de propagation, pas de référentiel privilégié dans le lequel la fréquence de l'onde électromagnétique aurait un sens intrinsèque.

D'ailleurs les formules Doppler classique et relativiste sont différentes.

m@ch3