En physique, quel est le principe de la relativité?

Le principe de relativité stipule que les lois de la physique fonctionneront de la même manière dans des conditions similaires, quels que soient l'emplacement et la vitesse de l'observateur. Le principe de relativité ne doit pas être confondu avec les théories de la relativité générale ou spéciale, bien que ces théories s’appuient sur le principe. Ces théories ont été développées au 20ème siècle; Le principe de relativité a été compris bien plus tôt et illustré par Galilée dans un exemple célèbre appelé «le navire de Galilée». L'application du principe de relativité par Einstein à la lumière l'a conduit à ses théories révolutionnaires sur la relativité.

Pendant des siècles, la science a été contrainte par le modèle ptolémaïque de l'univers, dans lequel on croyait que toutes les étoiles et tous les corps planétaires gravitaient autour de la Terre. Copernic a compris dans les années 1500 que le soleil était un organe central plus probable, mais les autorités religieuses et scientifiques s'y sont opposées. Ils ont fait valoir que si la Terre était en mouvement, cela créerait des effets que les humains pourraient observer. Par exemple, un objet déposé d'un bâtiment atterrirait quelque part à l'ouest du bâtiment, car la planète avait pivoté vers l'est pendant la chute de l'objet.

Galileo, en 1632, réfuta cette argumentation avec l'éloquente expérience de pensée «Le navire de Galilée». Dans cet exemple, les personnes voyageant en eaux douces sur un navire rapide ne pourraient pas savoir si le navire était en mouvement ou au repos s'il était enfermé dans une cabine sans fenêtre. Tous les objets dans la cabine, y compris les insectes volants, le poisson dans un bol et une boule lancée, bougeraient de la même manière, quel que soit le mouvement externe du navire. En d'autres termes, leur mouvement serait relatif à leur environnement et non à des facteurs externes. Le même principe s'applique à la Terre, c'est pourquoi les gens ne sont pas renversés par la force de rotation de la planète.

Sir Isaac Newton, travaillant plus tard au cours du même siècle, appliqua le principe de la relativité à d’autres corps planétaires et à la mécanique du mouvement en général. Cela l'a aidé à former ses propres théories, qui sont devenues la base d'une grande partie de la science moderne. Au cours des siècles, la science a progressé généralement loin de l’idée réconfortante qu’il existe un point de référence stable et immuable à partir duquel tout peut être mesuré. Au lieu de cela, la science a maintes fois prouvé qu’il n’y avait pas de point de référence «fixe»; tout doit être mesuré par rapport à autre chose.

Même au début du XXe siècle, de nombreux scientifiques pensaient que l’espace était rempli d’un milieu stable appelé «éther». Einstein et d’autres scientifiques se rendirent cependant compte que le principe de la relativité s’appliquait à toutes les lois de la physique et conduisait à de célèbres théories de la relativité. L’essence de ces théories est que la matière, l’énergie, le temps et même l’espace lui-même ne sont pas des constantes mais peuvent changer dans les bonnes conditions. Einstein réalisa que la vitesse de la lumière était la seule constante universelle pouvant être utilisée pour mesurer et confirmer ces théories. Le modèle classique du vaisseau de Galileo a parfois été appliqué aux vaisseaux spatiaux pour illustrer le principe selon lequel le mouvement d'un objet dans l'espace ne peut être mesuré que par rapport à d'autres objets.