- 1. Espace, temps et mouvement
- 2. Espace et temps absolus
- 3. Espace et temps relatifs, transformations réciproques
- 4. Vitesse limite, trajectoires d'espace-temps
- 5. Passé, présent et futur dans l'espace-temps à quatre dimensions
- 6. Diagrammes d'espace-temps
- 7. Grandeurs d'espace-temps
- 8. Espace-temps et formalisme mathématique
- 9. Bibliographie
ESPACE-TEMPS
Espace et temps absolus
Dans l'Antiquité, la notion d'espace absolu est liée à la conception hiérarchique d'un Cosmos. La plupart des cosmologies des Anciens supposent l'existence d'un Univers tridimensionnel fini, avec la Terre pour centre. L'espace est alors formé par un ensemble de sphères homocentriques correspondant à chacun des astres errants ; il est fermé par la sphère des fixes. Le mouvement circulaire des astres est naturel et n'a point à être expliqué. Tous les mouvements apparents peuvent être décrits en multipliant le nombre des rouages circulaires constitués par les épicycles et par les déférents. Dans ce cosmos de Ptolémée on associe implicitement un temps absolu à l'espace fini, c'est-à-dire un temps identique en tous les points du cosmos.
L'écroulement du Cosmos antique sous influence des idées coperniciennes (De revolutionibus orbium coelestium, 1543) marque une régression de la notion d'espace absolu, plus dans l'esprit que dans la lettre : le centre du monde devient le Soleil et le géocentrisme perd de l'importance. Néanmoins, l'Univers reste fini (sauf pour Giordano Bruno) ; mais on devine que ce premier pas permettra d'arracher à l'observateur terrestre ses prérogatives.
Effectivement, la révolution copernicienne conduit à la relativité de Galilée : pour celui-ci, les lois physiques régissant un phénomène ne sont pas troublées par le mouvement du système considéré. Les lois du mouvement d'un mobile donné sont les mêmes pour tous les observateurs, qu'ils soient ou non eux-mêmes en mouvement. Ces observateurs ne sont plus privilégiés : ils deviennent équivalents.
Néanmoins, on peut penser à cette époque que toute équivalence des observateurs requiert encore la notion d'espace absolu pour en garantir la validité et en préciser l'extension.
En effet, des observateurs équivalents sont des observateurs libres, pour lesquels le principe d'inertie et la loi fondamentale de la dynamique sont rigoureusement valables. Or, s'il est aisé de définir les uns par rapport aux autres des mouvements libres (un mouvement relatif rectiligne et uniforme), il est plus difficile de définir un premier observateur libre. Si l'on constaste, par exemple, qu'une bille roulant sur une table ne décrit pas une droite d'un mouvement uniforme (c'est-à-dire qu'elle ne satisfait pas au principe d'inertie), on peut penser indifféremment ou bien qu'elle est soumise à des forces inconnues, ou bien que son mouvement est rapporté à un système de référence mal choisi.
C'est une telle difficulté que Newton pense éviter en droit, sinon en fait, en faisant intervenir les notions de temps, d'espace et de mouvement absolus :
« Le temps absolu vrai et mathématique, sans relation à rien d'extérieur, coule uniformément et s'appelle durée ;
« l'espace absolu, sans relation aux choses extérieures, demeure toujours similaire et immobile ;
« le mouvement absolu est défini par le déplacement d'un corps d'un lieu absolu à un autre lieu absolu. »
Pour Newton, l'absolu se distingue ici du relatif comme le mathématique du vulgaire. En pratique, l'expérience ne conduit qu'à des notions approchées, mais une rigueur de plus en plus grande permet d'acquérir une idée de plus en plus exacte du mouvement absolu. Finalement, temps et espace absolus se présentent comme des notions asymptotiques : l'espace absolu est celui où le principe d'inertie est rigoureusement valable, la loi fondamentale de la dynamique strictement vérifiée. Il est, selon Euler, « le garant de la validité du principe d'inertie ».
Dès lors, cet absolu permet de fonder une véritable relativité restreinte : tous les systèmes en mouvement rectiligne et uniforme par rapport à l'espace absolu sont[...]
La suite de cet article est accessible aux abonnés
- Des contenus variés, complets et fiables
- Accessible sur tous les écrans
- Pas de publicité
Déjà abonné ? Se connecter
Écrit par
- Jean-Pierre PROVOST : maître assistant au laboratoire de physique théorique, université de Nice
- Marie-Antoinette TONNELAT : professeur à la faculté des sciences de l'université de Paris-VI-Pierre-et-Marie-Curie
- Encyclopædia Universalis : services rédactionnels de l'Encyclopædia Universalis
Classification
Médias
Albert Einstein
Encyclopedia Britannica
Cône caractéristique
Encyclopædia Universalis France
Domaine tridimensionnel
Encyclopædia Universalis France
Autres références
-
BIG BANG
- Écrit par Marc LACHIÈZE-REY
- 2 533 mots
- 4 médias
Autre problème en suspens, celui qui concerne la géométrie de l'espace.En effet, il est possible de spécifier, au sein de l'espace-temps, la géométrie de l'espace (ce qui n'est pas toujours possible en relativité générale) : l'espace à 3 dimensions réside « dans » l'... -
HUBBLE-LEMAÎTRE CONSTANTE DE
- Écrit par Mickael RIGAULT
- 2 491 mots
...prévu, il faut revenir sur le concept d’expansion de l’Univers et donc sur la différence entre les mouvements propres des galaxies et la dilatation de l’espace-temps. Le fait que les galaxies s’éloignent de la Terre d’autant plus vite qu’elles sont lointaines ne signifie pas que notre Galaxie, la Voie... -
COSMOLOGIE
- Écrit par Marc LACHIÈZE-REY
- 9 302 mots
- 6 médias
...dépouillant de leur caractère d'absolu et d'indépendance, imposent d'abandonner les notions d'espace et de temps séparés et de les remplacer par celle d' espace-temps. Un espace-temps qui, de plus, doit être muni d'une structure géométrique complexe. Il n'y avait aucun doute que c'est dans un tel cadre... -
DÉCOUVERTE DES IMAGES GRAVITATIONNELLES
- Écrit par James LEQUEUX
- 282 mots
La théorie de la relativité générale prévoit que la lumière est défléchie lors de son passage près d'une importante concentration de masse. Cet effet a été observé pour la première fois le 29 mai 1919, par Arthur Stanley Eddington, au cours d'une éclipse totale de ...
- Afficher les 44 références
