Relativité restreinte : qu'est-ce que c'est ?

La théorie de la relativité restreinte a été énoncée par EinsteinEinstein (1905) et explique de manière simple des idées ou résultats qui existaient déjà dans les travaux antérieurs de divers autres scientifiques : Fitzgerald (contraction des longueurs), Lorentz (contraction des longueurs, dilatationdilatation temporelle, transformations de Lorentz, etc), Poincaré (variation de l'inertie avec la vitesse, structure de groupe des transformations de Lorentz, etc), Michelson et Morley (expérience d'interférométrie démontrant l'invariance de la vitesse de la lumière). Mais alors que certains accusent parfois Einstein de n'avoir été qu'un vulgaire plagiaire, il est indéniable qu'il eut le mérite d'être le premier à proposer une théorie claire et précise permettant de rendre compte de ces résultats disparates de manière unifiée, tout en la faisant avant tout reposer sur des observations expérimentales et en prédisant de nouveaux effets alors inconnus.

Contrairement à ses prédécesseurs qui cherchaient des explications physiques complexes à leurs divers résultats, Einstein alla en effet plus loin en remontant aux principes de base de la physique newtonienne. Ainsi, l'un des grands piliers de la relativité restreinte est la remise en cause des notions de simultanéité et d'espace absolus, ce qui renie au passage l'existence d'un référentielréférentiel privilégié (rendant donc caduquecaduque l'hypothèse de l'existence de l'étheréther). A partir de ce rejet de certains postulatspostulats considérés jusque là comme évidents, la théorie d'Einstein élargit le principe de relativité de GaliléeGalilée en postulant l'équivalence de tous les référentiels inertiels (référentiels aussi dits "galiléens" ou "lorentziens") non seulement pour la formulation des lois de la mécanique, mais de manière générale pour toutes les lois de la physique, l'électromagnétismeélectromagnétisme inclus. Cet énoncé est donc en accord avec l'expérience de Michelson et Morley puisque l'invariance des lois de l'électromagnétisme (équations de Maxwelléquations de Maxwell) implique celle de la céléritécélérité de la lumière, qui est supposée avoir par principe une valeur finie et identique dans tous les référentiels.

Les conséquences de la théorie de la relativité restreinte sont nombreuses, et l'on peut citer parmi les plus célèbres et immédiates : l'impossibilité d'interactions instantanées à distance, l'équivalence massemasse-énergieénergie (qui est souvent traduite par la célèbre formule d'Einstein E=mc²E=mc²), l'impossibilité pour une particule matérielle d'atteindre ou dépasser la vitesse de la lumière et l'existence de l'antimatièreantimatière (résultat qui repose aussi sur la physique quantiquephysique quantique). Les vérifications expérimentales de la théorie de la relativité restreinte sont très nombreuses et désormais quotidiennes, par exemple dans les accélérateur de particules ou même les hôpitaux puisque la tomographietomographie par émissionémission de positronspositrons utilise de l'antimatière.

Par ailleurs, il est important de souligner que par rapport à sa première formulation par Einstein, la relativité restreinte a très rapidement évolué. Le formalisme actuel (qu'Einstein utilisa pour formuler la relativité généralerelativité générale) s'appuie en effet sur la notion d'espace-tempsespace-temps à quatre dimensions, dans lequel le temps et l'espace ne peuvent être appréhendés de manière indépendante, contrairement à ce qui se passe en physique newtonienne. Cette formulation est due à un ancien professeur d'Einstein, Hermann Minkowski qui a donné son nom à l'espace-temps de la relativité restreinte. Avec cette nouvelle approche, la notion de distance spatio-temporelle invariante prend toute son importance, recalant les transformations de Lorentz et la propagation de la lumière à des rôles secondaires pour la théorie.