La théorie de la relativité spéciale, proposée par Albert Einstein en 1905, est l'une des théories les plus influentes dans le domaine de la physique théorique et pratique du XXe siècle. Tout physicien le sait, mais comment l'expliquer à ceux qui n'ont rien à voir avec la science? Y a-t-il des choses et des phénomènes observés dans la vie quotidienne qui pourraient démontrer cette théorie révolutionnaire en action?
Théorie de la relativité
Formulée par Albert Einstein en 1905, la théorie scientifique de la relativité suggère que:
- tous les processus physiques sont les mêmes partout et les lois de la physique sont observées dans n'importe quel environnement;
- il existe une vitesse maximale de propagation des interactions qui ne peut dépasser la vitesse de la lumière;
- l'espace et le temps sont homogènes.
Vidéo promotionelle:
La théorie explique le comportement de divers objets dans l'espace-temps, ce qui permet de tout prévoir, de l'existence de trous noirs, auxquels Einstein lui-même ne pouvait pas croire, aux ondes gravitationnelles. La relativité semble trompeusement simple, mais ce n’est pas tout à fait vrai.
Influence de la théorie de la relativité
La théorie de la relativité explique non seulement des phénomènes aussi étonnants que les ondes gravitationnelles et les trous noirs, mais aussi comment l'espace-temps est perçu différemment en fonction de la vitesse et de la direction du mouvement des objets.
Si la vitesse de la lumière est toujours constante, cela signifie que pour un astronaute se déplaçant très rapidement par rapport à la Terre, les secondes passent plus lentement que pour un observateur terrestre. Le temps ralentit essentiellement pour l'astronaute.
Mais nous n'avons pas nécessairement besoin d'un vaisseau spatial pour observer divers effets relativistes. En fait, il existe de nombreux cas où la théorie de la relativité restreinte, conçue pour améliorer la mécanique newtonienne, se manifeste dans notre vie quotidienne et les technologies que nous utilisons régulièrement.
Électricité
Le magnétisme est un effet relativiste, et si vous utilisez de l'électricité, vous pouvez remercier la relativité d'avoir fait fonctionner les générateurs.
Si vous prenez un conducteur et l'exposez à un champ magnétique, un courant électrique est généré. Les particules chargées dans un conducteur sont exposées à un champ magnétique variable, ce qui les oblige à se déplacer et crée un courant électrique.
Électroaimants
Le travail des électroaimants est également parfaitement expliqué par la théorie de la relativité. Lorsqu'un courant continu de charge électrique traverse un fil, les électrons qu'il contient dérivent. Habituellement, le fil semble être électriquement neutre, sans charge positive ou négative. Ceci est une conséquence de la présence en lui du même nombre de protons (charges positives) et d'électrons (charges négatives). Mais si vous placez un autre fil à côté de lui avec un flux direct d'électricité, les fils s'attirent ou se repoussent, selon la direction dans laquelle le courant se déplace dans le fil.
Si le courant se déplace dans le même sens, les électrons du premier fil «perçoivent» les électrons du second fil comme stationnaires (si la charge électrique est de même intensité). Pendant ce temps, en termes d'électrons, les protons des deux fils sont en mouvement. En raison du raccourcissement relativiste de la longueur, ils semblent être situés plus près les uns des autres, ainsi, sur toute la longueur du fil, il y a plus de charge positive que négative. Puisque les mêmes charges sont repoussées, les deux fils se repoussent également.
Le courant circulant dans des directions opposées provoque l'attrait des conducteurs.
Système de positionnement global
Pour une navigation GPS la plus précise possible, les satellites doivent prendre en compte les effets relativistes. Cela est dû au fait que, malgré le fait que les satellites se déplacent beaucoup plus lentement que leur vitesse maximale, ils se déplacent encore assez vite. Les satellites envoient leurs signaux aux stations au sol. À l'instar des navigateurs GPS des voitures, des smartphones et d'autres appareils, ils connaissent une accélération plus élevée due à la gravité que les satellites en orbite.
Pour obtenir une précision parfaite, les satellites s'appuient sur des horloges ultra-précises pour indiquer les heures jusqu'à nanosecondes (milliardièmes de seconde). Étant donné que chaque satellite est à 20 300 kilomètres au-dessus de la Terre et s'y déplace à environ 10 000 kilomètres par heure, un décalage de temps relativiste d'environ quatre microsecondes par jour apparaît. Ajoutez la gravité à l'équation et le nombre s'élève à environ sept microsecondes. C'est environ 7 mille nanosecondes.
La différence est assez grande: si aucun effet relativiste n'était pris en compte, le navigateur GPS se serait trompé de près de 8 kilomètres dès le premier jour.
Noble couleur d'or
Les métaux semblent brillants car les électrons de leurs atomes se déplacent entre différents niveaux d'énergie ou orbitales. Certains photons de lumière frappant une surface métallique sont absorbés puis émis par une onde lumineuse plus longue. La plupart des rayons lumineux visibles sont simplement réfléchis.
L'atome d'or est très lourd, de sorte que les électrons du noyau se déplacent assez rapidement, ce qui entraîne une augmentation relative significative de la masse. En conséquence, les électrons tournent autour du noyau sur une orbite plus courte avec plus d'élan. Les électrons dans les orbitales internes portent une charge qui coïncide approximativement avec la charge des électrons externes, respectivement, la lumière absorbée et réfléchie est caractérisée par une onde plus longue.
Des longueurs d'onde de lumière plus longues signifient qu'une partie de la lumière visible qui serait normalement juste réfléchie a été absorbée par les atomes, et cette partie se trouve à l'extrémité bleue du spectre. Cela signifie que la lumière réfléchie et émise par l'or est plus proche du spectre de longueurs d'onde le plus long, c'est-à-dire qu'elle a plus de jaune, d'orange et de rouge, et presque pas d'ondes courtes bleues et violettes.
L'or est pratiquement résistant à l'érosion
L'effet relativiste observé sur les électrons dans l'or est également la raison pour laquelle le métal ne se corrode pas et réagit mal avec les autres éléments.
L'or n'a qu'un seul électron dans la couche externe des électrons, mais malgré cela, il est encore moins actif que le calcium ou le lithium, dont la structure est similaire. Les électrons en or sont plus lourds et donc situés plus près du noyau de l'atome. Cela signifie que l'électron externe le plus éloigné, le plus probable, sera parmi les «propres» électrons de la coque interne, qu'il commencera à réagir avec les électrons externes d'un autre élément.
État liquide du mercure
Comme l'or, le mercure comporte également des atomes lourds avec des électrons en orbite près du noyau. Il s'ensuit donc une augmentation relative de vitesse et de masse due à une réduction de la distance entre le noyau et la particule chargée.
Les liaisons entre les atomes de mercure sont si faibles que le mercure fond à des températures plus basses que les autres métaux, et est généralement liquide dans la plupart des cas, il est observé dans la vie quotidienne.
Vieux téléviseurs et moniteurs
Il n'y a pas si longtemps, la plupart des téléviseurs et des moniteurs étaient des appareils à rayons cathodiques. Un tube à rayons cathodiques est un dispositif qui reproduit une image optique en projetant des électrons dans des faisceaux ou des faisceaux de rayons sur une surface luminescente avec un grand aimant. Chaque électron crée un pixel éclairé lorsqu'il frappe le dos de l'écran. Les électrons sont lancés à une vitesse élevée égale à environ 30% de la vitesse maximale, ou la vitesse de la lumière.
Pour qu'une image optique fonctionnelle se forme, les électroaimants installés dans l'appareil afin de diriger les électrons vers la partie requise de l'écran devaient prendre en compte divers effets relativistes afin de ne pas perturber l'ensemble du système.
Hope Chikanchi
