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Version n° 10 du 30-09-2024

Mis à jour : 30 Septembre 2024

Avant que soient élaborées les théories de la relativité, on pensait que la lumière se comportait comme le son lors du passage d'un train devant un observateur fixe : la fréquence du son croît lorsqu'il se rapproche puis chute brutalement à l'instant où il commence à s'éloigner, avant de décroitre progressivement.
Cet effet Doppler s'explique d'abord par l'addition des vitesses du son et du train, puis par la soustraction du premier par le second.

De la même manière, la vitesse de la lumière, provenant du Soleil, devait s'additionner avec celle de la Terre lorsque celle-ci, sur son orbite, se rapproche de lui, et se soustraire lorsqu'elle s'en éloigne.
L'expérience de Michelson a montré, d'une manière alors incompréhensible, qu'il n'en est rien. Le génie d'Einstein a été de remettre en cause le paradigme de l'époque et d'admettre que la vitesse de la lumière est effectivement constante en s'interrogeant sur les conséquences de ce fait.
Il est arrivé à la conclusion que si la vitesse de la lumière est fixe, d'autres grandeurs, considérées fixes jusqu'alors, ne l'étaient pas : c'est le cas de la dimension et du temps.

Lorsque la longueur d'un objet est mesuré d'une part par un opérateur qui en est à une distance fixe et d'autre part par un dispositif qui est en mouvement par rapport à lui, les grandeurs trouvées ne sont pas les mêmes : la vitesse relative entre les deux outils de mesure est la cause de cette différence.
Il en est de même pour la durée enregistrée entre deux évènements par deux horloges en déplacement relatif l'une par rapport à l'autre.
Des expériences ont confirmé ces conclusions, en précisant qu'elles ne sont constatables que lorsque l'on est proche de la vitesse de la lumière.

C'est la relativité restreinte.

Einstein s'est alors intéressé à la gravitation qui semblait effectuer son attraction instantanément entre deux masses éloignées dans l'espace qui était considéré comme homogène et isotrope… Ce qui conduisait à imaginer des actions impliquant une vitesse de transmission supérieure à celle de la lumière.

En posant comme postulat la limite de vitesse de cette dernière, il a fallu admettre que c'est l'espace-temps qui se déforme sous l'action des masses et de l'énergie cinétique qui sont présents. L'espace n'est plus localement le même dans toutes les directions.
Il en résulte que, à ces endroits, la lumière est déviée et n'avance plus en ligne droite, mais comme une balle de golf qui roule sur un green bosselé.

Des expériences ont confirmé cette hypothèse, décelable lorsque les masses en jeu sont énormes — par exemple celle de trous noirs.

C'est la relativité générale.

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Version n° 9 du 22-10-2024

Mis à jour : 22 Octobre 2024

Pour décrire la matière ordinaire qui nous entoure, quatre particules élémentaires (3 quarks et l'électron) tiraillées entre quatre forces (nucléaires forte et faible, électromagnétique et gravitation) sont suffisantes.

D'autres particules existent (une cinquantaine) : elles sont instables, mais utiles dans les processus d'élaboration de l'univers qui nous entoure.

Le comportement de ces particules élémentaires est décrit par la mécanique quantique qui peut se caricaturer comme suit :

• L'objectif est de trouver une représentation mathématique qui permette de prédire l'évolution d'un système de particules élémentaires.
• Les physiciens ont trouvé que l'assimilation de leur état à un vecteur d'un espace de Hilbert muni d'un produit scalaire répond à cette recherche.

Si une particule a connu les états A et B (notés |A⟩ et |B⟩ selon Dirac), elle pourra se trouver lors de son état suivant dans l'une de toutes les combinaisons linéaires de A et B (α|A⟩+β|B⟩ avec α et β = nombres complexes ℂ devant, en outre, satisfaire la restriction |α|2+|β|2=1) qui sont aussi des vecteurs C de cet espace (cette infinité d'états futurs possibles est appelée superposition).

A partir d'un état A ou B, le système évoluera vers un état C d'une manière déterministe, mais imprévisible, car piloté selon une loi probabiliste proportionnelle au produit scalaire de chacun des états plausibles (la restriction) : seul un de ces états théoriques se concrétisera sous la forme C avant d'évoluer, vers D combinaison linéaire de A, B et C …

Cette évolution aléatoire est pilotée par la loi de probabilité de Born.  Parmi tous les états superposés possibles, la probabilité de celui qui s'affiche est égale au rapport du carré de son coefficient divisé par la somme des carrés de tous les coefficients plausibles = |α|2 / ∑|α|2.

 En langage moins mathématique, j'ai compris que lorsqu'une particule a été dans un état A et dans un état B, lors de son évolution vers un état C (sous l'effet d'une modification de son environnement) celui-ci sera forcément défini par une combinaison linéaire de A et B … ce qui donne une infinité de possibilités bien déterminées.
Le choix de l'élu est, dans l'état actuel de nos connaissances, aléatoire, mais borné dans le cadre d'une loi statistique définissant la probabilité de chaque site d'être sélectionné : une sorte de mini-liberté encadrée.
Cependant, chaque état possible correspond à un avenir différent pour la particule et plus globalement pour un ensemble d'entre elles.