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RELATIVITE
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La conservation de la masse.
La conservation de l’énergie.
La conservation de la quantité de mouvement (produit de la masse par la vitesse).
Le premier principe était identiûé avec celui de la conservation de la matière. On lui attribuait une vérité absolue. Les deux autres ne s’appliquent qu’à un ensemble matériel isolé de toute action extérieure. Dans un pareil système, les différentes portions de matière peuvent échanger leurs énergies et leurs quantités de mouvement, mais l’énergie totale de l’ensemble, et la quantité totale do mouvement ne varient pas.
Que deviennent ces trois principes dans la Dynamique de la Relativité ? Elle les remplace par un principe unique : la Conservation de l’Impulsion d’Univers. Voici comment :
Dans un système matériel isolé, il y a des échanges d’énergie : mais l’énergie totale reste constante. Les masses individuelles ne se conservent pas, mais la masse totale se conserve, puisqu’elle s’identifie avec l’énergie. Donc les deux premiers principes de l’ancienne Dynamique se réduisent à un seul dans la nouvelle. Cependant la relativité s’y est glissée : cette conservation de l’énergie et de la masse n’est vraie que pour un observateur déterminé, car énergie et masse prennent des valeurs variables suivant la vitesse des corps relativement à l’observateur. Donc, quand on passe d’un observateur à un autre, qui est en mouvement par rapport au premier, l’énergie totale et la masse totale prennent une autre valeur.
Il en est de même de la quantité totale du mouvement, elle change de valeur quand on passe d’un observateur à un autre.
Mais en rapprochant les deux principes, conservation de l’énergie et conservation de la quantité de mouvement, la nouvelle Dynamique établit quatre équations, qu’elle traduit ainsi :
L’Impulsion d’Univers d’un système isolé garde une valeur totale constante, quels que soient les observateurs.
Nous avons donc là une loi objective de la nature. Ce principe unique remplace les trois autres. C’est une belle synthèse opérée par la Dynamique de la Relativité. Il est vrai que ce principe est exprimé par quatre équations algébriques, dont il est difficile de donner une illustration sensible.
Vérifications expérimentales. — 26. — Dans la plupart des phénomènes physiques, l’expérience est impuissante à motiver un choix entre les deux Dynamiques : la discordance n’apparaît pas, elle échappe aux mesures.
Mais il y a des phénomènes, particulièrement dans l’Electromagnétisme, où l’accord expérimental n’existe plus : et c’est la Dynamiquedela Relativité qui l’emporte.
On peut rappeler ici l’expérience de Michelson. Mais il y a d’autres vérifications expérimentales.
Par exemple, les particules J3 émises par les corps radioactifs présentent toute une série de vitesses, qui se rapprochent sensiblement de la vitesse de la lumière, allant jusqu’à 297.000 kilomètres à la seconde, sans pouvoir atteindre 300.ooo kilomètres. Or, l’expérience montre que la masse de ces particules croit avec la vitesse, selon la formule de la Relativité.
Autre vérification : On a appliqué la nouvelle Dynamique à l’étude des raies spectrales de l’Hydrogène et à celle du spectre des rayons X ; et on a constaté que cette Dynamique donne non seulement
qualitativement, mais quantitativement, la structure exacte de ces raies.
Et en général il semble établi que les problèmes relatifs aux mouvements intra-atomiques exigent l’emploi de la dynamique de la Relativité, pour donner des solutions en accord avec l’expérience.
IIe Partis
LA RELATIVITÉ GÉNÉRALISÉE
27. — Une conception fondamentale esta la base de la Théorie de la Relativité restreinte : celle du mouvement recliligne uniforme. Ce mouvement est celui d’un corps sur lequel n’agit aucune force appliquée.
Pour nous restreindre à cette hypothèse, nous avons donc laissé de côté les forces de gravitation, qui s’exercent cependant partout, et agissent sur toute portion de matière. Elles agissent aussi sur l’énergie ; carl’énergieaune masse, et par conséquent un poids ; donc sa propagation doit être influencée par une force de gravitation. C’est pourquoi, comme nous le verrons, un rayon lumineux est dévié dans le voisinage de la matière.
L’hypothèse du mouvement recliligne uniforme n’étant pas vérifiée dans le monde où nous sommes, la Théorie de la Relativité restreinte est insuffisante, il faut la généraliser. Nous avions négligé la Force, il devient nécessaire de l’étudier.
Les Champs de Force. (Eddington, chap. IV). — 28. — Notre conception première delà force est liée à la sensation musculaire que nous éprouvons quand nous exerçons un effort pour mettre la matière en mouvement ou pour l’arrêter. Des effets analogues sur le mouvement de la matière peuvent résulter d’actions où aucun être vivant n’intervient, et l’on est conduit à regarder ces effets comme dûs également à des forces. Et on convient de mesurer une force par la quantité de mouvement (produit de la masse par la vitesse) qu’elle communique à un corps en un temps donné.
Quand une force est une action de contact d’un corps sur un autre, nous en avons une idée suffisamment claire. Mais il existe un autre genre de force, très important, niais très mystérieux. Un corps massif, tel que la Terre, semble entouré d’une région où réside une force latente, toute prête, si un corps y pénètre, à entrer en activité et à transmettre le mouvement. Alors le corps tombe, comme attiré vers la terre. L’opinion courante qu’on se fait de cette puissance d’action, c’est qu’elle existe en permanence dans l’espace qui entoure la Terre, même s’il ne s’y trouve aucun corps qui puisse servir à la mettre en évidence ; on soupçonne vaguement qu’elle doit être due à quelque déformation ou à quelque autre propriété d’un milieu qu’on n’a jamais décelé.
Toute région de force de ce genre s’appelle un Champ de gravitation.
29. — La nature des champs de gravitation a été considéréejusqu’ici comme uneénigme ; aucune explication plausible n’en avait été donnée. Et cependant c’est un fait remarquable qu’il est possible, dans une région limitée de l’espace, de créer un champ de force artificiel semblable à un champ de gravitalion naturel, à tel point qu’on n’a jamais pu les différencier, malgré toute la précision des expériences. Prenons un exemple.
Quand un ascenseur commence à s’élever, les personnes qui l’occupent perçoivent une sensation particulière, identique à celle d’un accroissement de
