Selon la
physique moderne,tout est relatif
à la vitesse de la lumière (3X108 m/s).
Donc, seule
la vitesse de la lumière est constante et absolue.
En 1887, deux astrophysiciens, A. Michelson et E.-W. Morley, découvrent la
vitesse de la lumière. Ils s’attendaient à une vitesse plus ou moins égale à la vitesse
de révolution de la Terre autour du Soleil (40 km/s). Mais après plusieurs vérifications
leurs calculs menèrent tous à 300 000 000 m/s. Le mystère était que peu importe si
l’on se déplace dans le même sens que la lumière ou dans le sens contraire à celle-ci,
la vitesse relative de la lumière par rapport à nous demeure 300 000 000 m/s.
Imaginons un camion roulant à 100 km/h et une voiture roulant à 20 km/h. Si les deux
véhicules se croisent , la vitesse relative du camion par rapport à la voiture serait de
120 km/h. Par contre, si les deux véhicules se déplacent dans la même direction, elle
serait de 80 km/h. Mais d’après ce qu’on à découvert au sujet de la vitesse de la
lumière, dans les deux cas, la vitesse relative du camion par rapport à la voiture
resterait constante à 100 km/h même si on changeait la vitesse de la voiture, ce qui
est impossible.
La théorie de la relativité restreinte qu’Einstein publia en 1905 expliquent ce
phénomène. Cette théorie veut que l’écoulement du temps et l’échelle des longueurs
se modifient par rapport à la vitesse de l’observateur pour que la vitesse de la lumière
reste toujours 3X108 m/s. Alors le temps ralentit et les longueurs rapetissent selon la
vitesse à laquelle nous nous déplaçons mais par rapport à la vitesse de la lumière
pour que celle-ci demeure la même vitesse relative peu importe notre vitesse. Pour
comprendre cela, il faut savoir que la vitesse a un lien direct avec le temps et la
distance car pour parler de la vitesse de quelque chose, on dit que cette chose
parcourt une certaine distance en un certain lapse de temps. Prenons la vitesse de la
lumière (3X108 m/s). Si je m’éloigne de la source de lumière à une vitesse de 100 000
m/s, la vitesse de la lumière devrait être de 300 000 000 m/s moins 100 000 m/s. Mais
vu que le temps ralentit et que les longueurs se contractent, 1 mètre ne représente
plus la même distance et 1 seconde ne représente plus la même durée. Alors, vu
qu’une seconde “dure plus longtemps”, la lumière peut parcourir une distance plus
importante en une “seconde”, et vu que le mètre subit un rapetissement, cette même
lumière pourra parcourir plus de mètres devenus plus courts en une seconde devenue
plus brève, elle reste donc la même vitesse à nos yeux. Pourquoi est-ce par rapport à
la vitesse de la lumière que tout est relatif? Tout simplement parce que la vitesse de la
lumière est la plus haute vitesse atteignable.
Pourquoi la théorie ne s’applique-t-elle pas dans l’exemple du camion? Au
contraire, elle s’applique, mais les vitesses sont si minimes, si bien que les facteurs de
ralentissement du temps et de contractions des longueurs sont moins significatifs. Les
astronautes du programme spatial Apollo se déplaçaient à une vitesse de 39 600 km/h
et ils subissaient un facteur de ralentissement du temps de 1,000 000 008 par rapport
à la Terre. Le facteur de ralentissement du temps se calcule par une certaine formule.
Notez aussi que lorsque la vitesse augmente, la masse augmente et le facteur
d’alourdissement se calcule de la même façon que le facteur de ralentissement du
temps.
Nous
sommes constamment sous les effets de la relativité, car la Terre,
dans sa
course
autour du Soleil, se déplace à une vitesse de 40 km/s, le
Soleil lui-même se
déplace
à une certaine vitesse, et je pourrais ajouter d’autres exemples
de mouvement
que
nous subissons. Mais même si nous sommes constamment sous les effets
de la
relativité
nous ne le remarquons point. Pourquoi? Nous habitons tous la Terre, donc
nous
subissons tous le même facteur de ralentissement du temps et de contraction
des
longueurs,
ce qui veut dire que de notre point de vue, le temps est non ralenti et
l’échelle
des
longueurs n’est pas contracté. Et vu que nous ne pouvons pas faire
de comparaison
quant
autemps et aux longueurs à
partir d’un point situé ailleurs dans l’Univers, nous
ne
remarquons rien.
Il est parfaitement impossible pour un corps d’être immobile dans l’univers. Tout
est toujours en mouvement, donc aucuncorps ne peut servir de point de référence
absolu, ce qui veut dire que tout dans l’univers subit les effets de la relativité.
Si on pouvait atteindre la vitesse de la lumière, le temps ralentirait d’un facteur
infini ce qui veut dire qu’il cesserait tout simplement de s’écouler, notre longueur
deviendrait équivalente à 0 et notre masse serait infinie. Mais cette vitesse est
inatteignable parce que, selon Einstein, pour l’atteindre il faudrait avoir une masse
équivalente à 0 ce qui, de toute évidence, n’est pas notre cas.
Einstein explique aussi que tout à une masse même la lumière. Mais les
photons, particules de lumière, atteignent la vitesse de lumière pourtant ils ont une
masse. Einstein explique alors que les photons sont une énergie produite par une
grande masse, donc à l’origine les photons n’ont pas de masse, maisvu qu’il se
déplacent à la vitesse de la lumière, ils ont une masse parce que leur masse de 0 est
augmenter d’un facteur infini. Si on atteignait la vitesse de la lumière on ressemblerait à
un proton, mais avec une masse infinie.
Les accélérateurs de particules sont des engins très grand formés en cercle qui
peuvent faire 7km de diamètre; le plus grand au monde est de 9km de diamètre et il se
trouve dans le centre de recherche du CERN, aux États-Unis. Les accélérateurs de
particules sont des machines qui font voyager des particules et avec des champs
magnétiques contrôlent leur direction pendant que des champs énergétiques donnent de
l'énergie aux particules et par conséquent les excitent et les font accélérer. Ensuite, une
fois qu'une particule et son anti-particule ont obtenues une vitesse assez grande on
dirige les champs magnétiques de chaque particules pour qu'elles entrent en collision
dans le collisionneur pour pouvoir y étudier leur réaction et l'énergie qu'ils dégagent.
Il y a des accélérateurs de particules partout dans le monde; l'Italie et la Suisse
en on chacun un, la Suède en possède trois, l'Allemagne en a cinq, les États-Unis en on
onze et le Japon pas moins de seize.
Une fois l'expérience terminée on peut, grâce à des ordinateurs qui ont
enregistré des données telles que l'énergie dégagée, la vitesse des particules et bien
d'autres, visionner ces données et les étudier pour de plus amples connaissances.
Il y existe deux sortes d'accélérateur de particules, les accélérateurs de
particules linéaires et les accélérateurs de particules circulaires. Le CERN en possède
de chaque sorte. L'avantage avec les accélérateurs circulaires c'est qu'ils n'ont pas
besoin d'être très long pour obtenir une très haute vitesse par contre plus ils sont longs
plus ont peut recueillir des données. Les accélérateurs linéaires eux sont en ligne droite
et on doit l'avoir le plus long possible pour faire que les particules aillent vite. Ils sont
donc moins efficaces.
On peut trouver des accélérateurs de particules partout, même dans la télévision
et les ordinateurs. Ils sont bien sûr destinés non pas à des expériences quelconques,
mais à des fins particulières.
Les accélérateurs de particules on l'air d'être d’engins qui peuvent créer des
explosions, mais en réalité aucun homme n'est mort ou n’a été blessé par ces engins qui
sont très bien contrôlés et absolument sans danger. On peut même visiter l'accélérateur
de particules du CERN sans danger. Sauf bien évidemment pendant les expériences où
les physiciens et autres chercheurs ont besoin de calme et de paix pour mener leurs
travaux à bien.
Un accélérateurs de particules contient plusieurs parties comme par exemple le
complexe du synchrotron à protons qui sert à injecter les particules dans les champs
magnétiques qui le contrôle.
Le synchrotron à protons qui est un appareil souterrain qui est spécialisé pour
accélérer des protons et d'antiprotons. Le collisionneur électron-position(LEP), enfoui à
100m sous terre, qui accélère des électrons et des anti-électrons qui sont accélérés
jusqu'à une vitesse proche de celle de la lumière.
Le collisionneur de hardons (LHC) qui sera bientôt changé pour devenir un
Anneau à Aimants Supraconducteur qui pourra opérer des collisions protons-protons à
des vitesses dix fois plus grande qu'avec toute autre machine jamais conçue pour
accélérer toutes sortes de particules.