Comment s’opère le changement de simultanéité ?

[Tom200]

Bonjour,

Je ne comprends comme s'opère le changement de simultanéité dans un train en mouvement.

Soit un train à l'arrêt dont les horloges sont synchronisées avec le quai. Vues depuis le milieu du train, deux horloges à chaque extrémité de celui-ci indiquent la même heure.
On sait que si le train démarre et accélère, les deux horloges vues depuis le milieu du train n'indiquent plus la même heure.

Ceci peut avoir deux causes :
1- Pendant l’accélération, la simultanéité dans le train a changé et la vitesse de la lumière dans le train n'a pas changé.
2- Pendant l’accélération, la simultanéité dans le train n'a pas changé et la vitesse de la lumière dans le train a changé, elle ne porte plus les images des horloges simultanément.
Note : On néglige tout effet de désynchronisation provenant de la contraction des longueurs.

Le cas 2 est la théorie de Lorentz. La vitesse de la lumière varie dans le train qui accélère et elle reste constante par rapport au quai. Ce sont les lois de la physique classique.

Etudions le cas 1 :
Pendant l’accélération, vues depuis le milieu du train, les heures indiquées par les deux horloges se désynchronisent. Que se passe-t-il ? D'après Einstein, le temps à l'arrière du train s'écoule moins vite que le temps à l'avant du train, donc la ligne d'univers de l'avant est parcourue plus vite que la ligne d'univers de l'arrière. Qu'est-ce que cela veut dire ? Quelle signification physique attacher à ce phénomène ?

Question aimablement autorisée après délibération collégiale.

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[Sethy]

D'après Einstein, le temps à l'arrière du train s'écoule moins vite que le temps à l'avant du train, donc la ligne d'univers de l'avant est parcourue plus vite que la ligne d'univers de l'arrière.

Selon moi, cette formulation est ambigüe.

Le temps à l'arrière du train s'écoule normalement vu dans le référentiel de l'arrière du train. Même chose pour le temps à l'avant du train, dans son référentiel, le temps s'écoule normalement. Et ceci est vrai pour tout référentiel.

[Tom200]

Selon moi, cette formulation est ambigüe.

C’est justement ce qui pose problème. L’avant voit, pour ainsi dire, le temps passer moins vite à l’arrière, et l’arrière voit le temps passer plus vite à l’avant. Tu es obligé d’accepter que l’avant parcourt plus vite sa ligne d’univers que l’arrière. Sinon d’où vient la différence de passage du temps entre les deux ?

[mach3]

Note : On néglige tout effet de désynchronisation provenant de la contraction des longueurs.

C'est surement une très mauvaise idée. Il y a deux situations différentes à considérer :
-un train qui accélère en gardant la même longueur impropre vue du quai et dont la longueur propre augmente pendant l'opération. Cela implique que toutes les horloges du train accélèrent de la même manière (même intensité, même durée). Une conséquence notable est que vu du quai les horloges du train ralentissent toutes de la même façon et qu'elles ont donc l'air toujours synchronisées entre elles (bien qu'elles ne le soient plus avec les horloges du quai)
-un train qui accélère en gardant la même longueur propre et dont la longueur impropre vu du quai diminue pendant l'opération. Cela implique que plus une horloge est vers l'arrière du train, plus elle accélère fort mais moins longtemps. Là les horloges du train n'ont plus l'air synchronisées entre elles vu du quai.
On ne peut pas laisser un flou entre ces deux situations en négligeant la contraction des longueurs. Il faut choisir entre les deux (ou, si on ne veut pas choisir, traiter les deux indépendamment).

m@ch3

[A voir en vidéo sur Futura]

[Tom200]

Y a pas de flou. La contraction des longueurs a un effet qui se répercute dans les deux référentiels du quai et du train, elle n'est donc pas responsable du changement de simultanéité.

[mach3]

Il n'y aura pas de poursuite saine de cette discussion si aucun choix n'est fait.

m@ch3

[Tom200]

La situation réaliste est la seconde, la première est impossible sauf à considérer deux trains
Donc pourquoi ne pas considérer deux trains munis d'une horloge qui accélèrent ensemble ?
Mais il faut bien comprendre que l'aspect sur lequel je me focalise est la rotation hyperbolique et ce qui peut la justifier physiquement. Le reste c'est des détails.

[mach3]

La situation réaliste est la seconde, la première est impossible sauf à considérer deux trains

On peut considérer un train "accordéon". Deux trains ça peut aller aussi. Le choix est donc sur la première situation ?

m@ch3

[Tom200]

Ok, ça permet d'éliminer la contraction des longueurs et la désynchronisation des horloges du train vues depuis le quai.

[Tom200]

Analyse des données : D'après l'hypothèse choisie le train qui accélère semble s'allonger pour ses passagers du facteur gamma. C'est à dire que la durée d'un aller retour de la lumière d'un bout à l'autre du train en mouvement est gamma fois plus longue que lorsque le train est au repos. En même temps l'accélération propre à l'avant et à l'arrière est identique, il n'y a donc aucune désynchronisation des horloges du train vues depuis le quai. Cependant, les horloges avant et arrière vues depuis le milieu du train se désynchronisent. La seule explication physique de cette désynchronisation est une variation de la vitesse de la lumière par rapport au train.
Conclusion : La théorie d'Einstein n'est pas physique, ce n'est qu'un décalque de la procédure de synchronisation.

[Sethy]

Conclusion : La théorie d'Einstein n'est pas physique, ce n'est qu'un décalque de la procédure de synchronisation.

Dès que les choses sont présentées de cette manière, on sent qu'il y a un parti pris. Il ne faut dès lors pas s'étonner de ne pas avoir de réponses aux autres sujets initiés par la suite.

Ceci dit, je trouve quand même que c'est un exploit. Réussir en 6 lignes à montrer que des dizaines de milliers de physiciens se trompent depuis plus d'un siècle.

[pm42]

Dès que les choses sont présentées de cette manière, on sent qu'il y a un parti pris. Il ne faut dès lors pas s'étonner de ne pas avoir de réponses aux autres sujets initiés par la suite.
Ceci dit, je trouve quand même que c'est un exploit. Réussir en 6 lignes à montrer que des dizaines de milliers de physiciens se trompent depuis plus d'un siècle.

C'est son discours depuis pas mal de fils maintenant, unique, récurrent et non argumenté. Il ne changera pas de sujet et ne changera pas d'avis comme disait un homme célèbre.

[albanxiii]

C'est moi ou "changement de simultanéité" n'a été défini nulle part ? Dès lors, est-ce que ça vaut la peine de répondre ?

[mach3]

Je pense qu'on ne devrait pas dévier le fil sur des commentaires ou critiques sur la démarche de l'auteur et seulement répondre sérieusement et factuellement si on le peut (ou demander des précisions comme le fait plus ou moins alban). J'ai ébauché une réponse et j'aimerais bien que le fil soit encore ouvert quand je l'aurais terminé.

m@ch3

[Deedee81]

Bonjour, vu les remarques et commentaires, juste un petit rappel : au cas où.

6. Ayez une démarche scientifique.
6c. Toutes idées ou raisonnements (aussi géniaux soient-ils) doivent reposer sur des connaissances scientifiques ou techniques valides et non sur de vagues suppositions personnelles, basées sur d’intimes convictions. L’un des objectifs de Futura-Sciences étant la vulgarisation scientifique de bon niveau, ce n’est pas le lieu pour des questionnements ou remises en cause de théories admises dont seuls des spécialistes ont les compétences pour débattre, ni pour l’exposé de théories strictement personnelles. Une telle démarche aurait sa place uniquement dans un séminaire ou un congrès scientifique.

On apprécie ou pas mais on se doit de respecter la charte qu'on accepte en arrivant ici (tout comme on essuie ses pieds sur le paillasson en entrant chez quelqu'un). Sinon c'est clic.

Et bien entendu ce n'est pas un obstacle à des avis personnel ou de telles remises en cause qui peuvent toujours se faire dans d'autres forums qui l'acceptent ou mieux en publiant un article dans une revue acceptée par la communauté (et qu'on ne vienne pas dire "si on remet Einstein en cause c'est refusé" : ça c'est une SOTTISE, j'en ai déjà lu de telles remises en cause).

[Deedee81]

Sur le fond :

- la simultanéité c'est quoi ? C'est juste dans un référentiel donné le fait que deux horloges indiquent la même heure (pour deux événements par exemple).
- Le changement de simultanéité a été décrit plus haut par march3, donc, akuna matata message 4

Juste quelques commentaires sur le dernier message de Tom. Bon tout d'abord je déplore :
- Le flou artistique, les raisonnements incomplets, qui sont fait.
- Et le choix malheureux d'une situation qui n'est pas la plus simple (les accélérations)
Mais bon, Tom a le droit de réfléchir sur ce qu'il veut

Ensuite :

semble s'allonger pour ses passagers du facteur gamma

Le mot semble est malheureux. La contraction des longueurs n'est pas mécanique (au sens d'un objets sur lequel on appuierait par exemple) mais n'est pas non plus apparente. Elle se retrouve par exemple dans les sections efficaces de collision de particules. Et cela se traduit par un effet concret : moins de collisions (qu'on aurait sans la relativité). Ou les désintégrations et donc particules émises par une particule (effets de la dilatation du temps). Je parle beaucoup de particules car c'est du quotidien pour beaucoup de physicien et les particules vont souvent à de grandes vitesses : on a rarement des effets relativistes à bicyclette (en train non plus du reste).

Et rappelons aussi qu'il est impossible de remettre en cause une théorie par une expérience de pensée qui par construction respecte la théorie.

Conclusion : La théorie d'Einstein n'est pas physique, ce n'est qu'un décalque de la procédure de synchronisation.

Conclusion hâtive et erronée. La preuve en est que :
- il y a des postulats en relativité qui sont incompatibles avec la physique classique
- il y a des effets physiques (j'ai parlé des collisions, mais il y en a bien d'autres-
- On peut parfaitement faire de la relativité sans synchroniser les horloges "à la Einstein" (par exemple la "méthode dite du radar" décrite dans le livre de Ougarov sur la RR) ou ne pas respecter le principe de relativité (par exemple, choisir la jauge de Selleri). Bon, c'est souvent se compliquer la vie mais c'est possible. Et on retrouve les mêmes effets physiques mesurables (et je ne parle pas de la position d'une aiguille d'une horloge évidemment).

La procédure de synchronisation est importante car précise/rigoureuse et elle simplifie les choses. Mais, NON, la relativité restreinte ne s'y résume pas (et ce n'est même pas le coeur de la théorie).

Petit conseil pour Tom : lire un vrai cours de relativité restreinte, complet pas juste une introduction ou un résumé de quelques pages, et qui commence par les bases physiques/expérimentales et introduit proprement les notions cinématiques, de repères/référentiels, etc... avant même de dire un mot sur la relativité. Et qui précises ses limites (comme les effets gravitationnels, là faut passer à la RG). On peut bien entendu donner des conseils sur les sources valables.

[mach3]

- Et le choix malheureux d'une situation qui n'est pas la plus simple (les accélérations)
Mais bon, Tom a le droit de réfléchir sur ce qu'il veut

L'interrogation nécessite cette situation. De ce que je comprend, Tom veut comprendre le "mécanisme" qui fait que la simultanéité (sens éventuellement à préciser) va changer dans le train par rapport au quai à mesure qu'il accélère. Ce n'est pas un sujet facile parce qu'il faut démêler ce qui est purement physique (les observations concrètes qui peuvent être faites), ce qui tient de la pure convention (par exemple la façon dont les horloges sont synchronisées, par choix arbitraire) et ce qui est ontologique (le présent existe-t-il ? l'éther existe-t-il?).

m@ch3

[Deedee81]

Ce n'est pas un sujet facile

C'est surtout ça que je pointais en fait. Amha avant de se poser ce genre d'interrogation il vaut mieux en savoir/comprendre un minimum (ou plus) sur la relativité restreinte sans les accélérations. C'est un peu mettre la charrue avant les boeufs. Enfin, bon, c'est mon avis of course. Mais s'attaquer au compliqué avant de comprendre le simple n'est sûrement pas une bonne approche !

[ThM55]

Je dirais qu'il faut envisager la question d'un autre point de vue, celle du temps absolu postulé par Newton. Si on veut garantir une simultanéité absolue, il faut bien qu'il y ait un temps absolu. Mais alors par de simples raisonnements de symétrie, on est amené aux transformations de Galilée et donc immédiatement à la loi de composition des vitesses v = v1+v2. Or celle-ci est en contradiction avec l'expérience. On doit donc abandonner ces notions newtoniennes.

Ces histoires de trains, de quais et de synchronisation des horloges sont à mon avis rendues inutilement compliquées. Elles font partie d'une heuristique préalable au développement de la relativité, pour appréhender sans développements mathématiques à quoi la cinématique devrait ressembler après avoir été déduite. Ce n'est pas une bonne façon de faire à mon avis, sauf comme une remarque méthodologique (dans leur cours, Landau et Lifschitz n'y consacrent qu'un petit paragraphe et on ne perd rien de leur exposé si on le saute). Si on développe la relativité à partir du postulat d'Einstein sur la vitesse de la lumière, on n'en a pas besoin. Je préfère enseigner la relativité restreinte sans y faire référence car cela induit des confusions dans l'esprit des étudiants. Le cheminement mathématique de ce postulat et de quelques exigences évidentes de symétrie (homogénéité et isotropie de l'espace) jusqu'aux transformations de Lorentz est immédiat et très simple.

[Deedee81]

....

Super bien dit, je ne peux qu'approuver et applaudir

EDIT concernant "l'autre point de vue", ce fut d'ailleurs historiquement la réflexion d'Einstein. Il refusait qu'il y ait deux lois incompatibles : une pour la mécanique et l'autre pour l'électromagnétisme. La loi que tu indiques est clairement en contradiction avec les expériences sur l'électromagnétisme (seul base relativiste à cette époque) et cela explique le titre de son article "de l'électrodynamique des corps en mouvement".

[ThM55]

Merci. Mais je ne me fais aucune illusion sur mon pouvoir de persuasion. Je sais par expérience (notamment grâce à physique online) qu'il est à peu près nul et que je perds mon temps en écrivant cela.

[Tom200]

Sur le fond :

Le mot semble est malheureux. La contraction des longueurs n'est pas mécanique (au sens d'un objets sur lequel on appuierait par exemple) mais n'est pas non plus apparente. Elle se retrouve par exemple dans les sections efficaces de collision de particules. Et cela se traduit par un effet concret : moins de collisions (qu'on aurait sans la relativité). Ou les désintégrations et donc particules émises par une particule (effets de la dilatation du temps). Je parle beaucoup de particules car c'est du quotidien pour beaucoup de physicien et les particules vont souvent à de grandes vitesses : on a rarement des effets relativistes à bicyclette (en train non plus du reste).

Et rappelons aussi qu'il est impossible de remettre en cause une théorie par une expérience de pensée qui par construction respecte la théorie.

Conclusion hâtive et erronée. La preuve en est que :
- il y a des postulats en relativité qui sont incompatibles avec la physique classique
- il y a des effets physiques (j'ai parlé des collisions, mais il y en a bien d'autres-
- On peut parfaitement faire de la relativité sans synchroniser les horloges "à la Einstein" (par exemple la "méthode dite du radar" décrite dans le livre de Ougarov sur la RR) ou ne pas respecter le principe de relativité (par exemple, choisir la jauge de Selleri). Bon, c'est souvent se compliquer la vie mais c'est possible. Et on retrouve les mêmes effets physiques mesurables (et je ne parle pas de la position d'une aiguille d'une horloge évidemment).

La procédure de synchronisation est importante car précise/rigoureuse et elle simplifie les choses. Mais, NON, la relativité restreinte ne s'y résume pas (et ce n'est même pas le coeur de la théorie).

Souvent, quand on dit "relativité restreinte" on veut dire "la théorie d'Einstein".
D'autrefois, on sous entend par là les contributions de tout le monde à la théorie.
Parfois on dit, il y a deux théories, celle d'Einstein et celle de Lorentz, d'autrefois on dit il n'y a qu'une théorie dont seule l'interprétation diffère.

Or l'apport d'Einstein à la théorie est justement la relativité de la simultanéité.
Dans l'interprétation d'Einstein, la relativité de la simultanéité n'est pas seulement au coeur de la théorie, elle est toute la théorie.
Il faut comprendre que la disparition de la contribution d'Einstein, c'est à dire de la relativité de la simultanéité, ne change aucune prédiction.
Mais alors la cause de la contraction devient différente. S'il n'existe qu'une seule simultanéité, c'est que l'objet est mécaniquement contracté.
Donc ce fil ne questionne aucunement la validité de la théorie globale, elle questionne son interprétation physique.
On lit souvent qu'Einstein aurait trouvé la vraie interprétation physique. Elle passe par la relativité de la simultanéité.

Einstein lui-même aurait écrit en 1916 : "The isotropic propagation of light is neither a supposition nor a hypotesis about the physical nature of light, but a stipulation."
Ca veut dire que lui-même ne croyait pas à sa propre interprétation... il faisait ça pour unifier formellement la physique. Postuler l'équivalence des référentiels était plus pratique et esthétiquement plus satisfaisant.
Il semblerait qu'aujourd'hui encore la communauté soit partagée entre "l'isotropie de c est une convention" ou "c'est une réalité physique"

La synchronisation de Selleri, c'est l'interprétation de Lorentz.
https://arxiv.org/pdf/gr-qc/0409105.pdf

"(i) - There exists at least one IRF (référentiel inertiel), let us call it S0, where the velocity of light is c at each point and in every direction.
(ii) - The two ways velocity of light is the same in every direction, in each IRF.
(iii) - The ticking of clocks moving with respect to S0 with velocity v, is slowed down by the usual factor rac(1 − β²) where β = v/c
(”retardation of clocks”)"

Cela implique une hiérarchie des référentiels, qui ne sont pas symétriques. Il y a un référentiel privilégié.
La réciprocité des effets n'est plus vraie dans ce formalisme.
Un exemple que j'ai déjà cité : les horloges du train sont synchronisées avec le quai. Le train démarre. Dans le train en mouvement, le quai est mesuré allongé et ses horloges battent plus vites que celles du quai. Il n'y a pas de symétrie. La symétrie n'arrive que si vous resynchronisez les horloges du train selon la procédure Einstein.
Ce que ce papier semble ne pas comprendre, c'est qu'en adoptant la synchronisation Selleri la contraction devient mécanique.
Or il est intolérable de faire dépendre ce qui est mécanique ou pas d'une convention. Donc il faut trancher, les deux points de vue sont incompatibles, contrairement aux conclusion de l'article.

Je dirais qu'il faut envisager la question d'un autre point de vue, celle du temps absolu postulé par Newton. Si on veut garantir une simultanéité absolue, il faut bien qu'il y ait un temps absolu. Mais alors par de simples raisonnements de symétrie, on est amené aux transformations de Galilée et donc immédiatement à la loi de composition des vitesses v = v1+v2. Or celle-ci est en contradiction avec l'expérience. On doit donc abandonner ces notions newtoniennes.

Le temps absolu est compatible avec la relativité, voir le document donné en lien plus haut. La synchronisation de Selleri donne un temps absolu. On savait que le temps absolu était compatible avec le principe de relativité avant le papier d'Einstein de 1905. La synchronisation de Selleri est la théorie de l'éther de Lorentz où on choisit le référentiel de l'éther au hasard. La synchronisation d'Einstein est la théorie de l'éther de Lorentz où tout le monde à la fois est le référentiel de l'éther.

[gts2]

"ne change aucune prédiction"

Donc rasoir d'Occam, commodité de Poincaré ...

[Tom200]

Erreur : "Le train démarre. Dans le train en mouvement, le quai est mesuré allongé et ses horloges battent plus vites que celles du quai. "
Correction : "Le train démarre. Dans le train en mouvement, le quai est mesuré allongé et ses horloges battent plus vites que celles du train. "

[Deedee81]

Concernant l'isotropie de c elle est équivalent (en ajoutant les autres postulats évidemment) au principe de relativité.
On peut le rejeter et choisir une autre convention, ce qui donne une anisotropie non mesurable (elle ne peut pas être n'importe quoi), même indirectement bien sûr, donc non scientifique. Faut se méfier des artefacts quand on fait ce genre de choix.

ATTENTION (il y a pas mal d'erreur dans le message 22, mais je ne cite que celui-là)

Dans la jauge de Selleri le temps coordonnée ainsi défini n'est plus celui mesuré physiquement par les horloges (la vitesse non plus du reste). Il est donc faux de dire que le temps y est absolu (c'est une gaffe particulièrement commune).

Ah si, je vais citer une autre erreur :
"Dans l'interprétation d'Einstein, la relativité de la simultanéité n'est pas seulement au coeur de la théorie, elle est toute la théorie."

Non, c'est faux, on peut parfaitement construire, décrire, enseigner la relativité sans parler de la relativité de la simultanéité (et même sans synchronisation, je l'ai dit : méthode du radar).

J'insiste à nouveau : étudie un vrai cours de relativité, je l'ai suggéré plus haut.
Sur Futura il est de bon ton de ne pas être aussi affirmatif que toi quand on maîtrise aussi mal le sujet. Et surtout on ne critique pas les théories reconnues par la communauté, quoi qu'on en pense. (d'autant que ce n'est pas sur un forum qu'on fait la science : c'est en labo et dans les publications internationales à commité de lecture à fort facteur d'impact)

[Deedee81]

Sur Futura il est de bon ton de ne pas être aussi affirmatif que toi quand on maîtrise aussi mal le sujet.

Pour cette raison et vu la violation du point 6 de la charte déjà évoqué plus haut. Comme l'essentiel a été dit. Et aussi pour te laisser le temps d'étudier.
Je ferme.

Et pour toute une série de choses je ne peux que te conseiller un autre forum que Futura qui a une charte trop stricte (on aime ou pas, mais si on n'aime pas et bien il y a d'autres forums).