Qu'est-ce que la contraction de la longueur?
La contraction de la longueur fait référence à un phénomène dans lequel un observateur perçoit un objet comme étant plus court dans la dimension de son déplacement lorsque l'objet est en mouvement par rapport à cet observateur. On l'appelle aussi contraction de Lorentz ou contraction de Lorentz – Fitzgerald, d'après les physiciens Hendrik Lorentz et George Fitzgerald. Plus un objet se déplace rapidement par rapport à l'observateur, plus il se contracte du point de vue de l'observateur. Cet effet est si faible qu'il est négligeable aux vitesses auxquelles les humains sont susceptibles de faire face dans la vie quotidienne, mais il devient plus visible lorsque les objets se déplacent à une fraction appréciable de la vitesse de la lumière.
Le phénomène de contraction de la longueur est une conséquence de la relativité restreinte. Selon la théorie de la relativité, la vitesse de la lumière dans le vide (environ 300 000 kilomètres, ou 186 000 milles par seconde), ou c, est toujours constante pour tous les observateurs. Contre-intuitivement, cela reste le cas pour la lumière émise par une source qui se déplace du point de vue d'un observateur.
Supposons qu'un objet soit lancé dans le sens de la route à partir d'un vaisseau spatial se déplaçant à 5 kilomètres par seconde (KPS) par rapport à la Terre, le propulsant à une distance du navire à 1 KPS. Un observateur à bord du navire le percevra comme s'éloignant à 1 KPS, tandis qu'un observateur sur Terre le percevant se déplaçant à 6 KPS. Si une lumière externe sur le navire est allumée, l'observateur à bord du navire détectera la lumière qui s'éloigne du navire en c, mais l'observateur sur Terre percevra également la lumière se déplaçant en c, pas c plus la vitesse du navire. .
Le résultat est que le moment précis où la lumière du navire atteint un emplacement donné variera pour différents observateurs en fonction de leur vitesse par rapport au vaisseau spatial. En conséquence, ils ne seront pas d’accord sur les autres événements qui se sont produits au même moment. C'est ce qu'on appelle la relativité de la simultanéité.
La relation entre cela et la longueur détectée d'un objet est généralement expliquée dans l'expérience de pensée suivante. Imaginez une rangée d'horloges synchronisées, où chaque horloge peut mesurer le moment où l'extrémité gauche et droite d'un objet en mouvement passe devant lui. Lorsqu'un objet dépasse la rangée d'horloges, un observateur peut déterminer sa longueur en calculant la distance qui sépare deux horloges pour que l'extrémité droite de l'objet atteigne une horloge au même instant que l'extrémité gauche atteint la seconde. l'horloge.
Deux observateurs partageant un cadre de référence s'accorderont sur la longueur. Comme la mesure est basée sur les événements qui se produisent simultanément, les observateurs en mouvement les uns par rapport aux autres ne seront pas d’accord sur la longueur. Plus la vitesse d'un observateur par rapport aux horloges est grande, plus leurs mesures seront différentes de celles d'un observateur au repos par rapport à eux.
L'effet de la contraction de la longueur augmente à des vitesses plus élevées. Un objet se déplaçant à 0,05c (5% de la vitesse de la lumière), environ 14 990 kilomètres par seconde, apparaîtra très légèrement raccourci en observateur immobile - environ 99,87% de sa longueur au repos s'il est orienté parallèlement à la ligne de son mouvement. La longueur observée par l'observateur se contracte à 97,79% de sa longueur au repos à 0,2c, à 91,65% à 0,4c et à 71,41% à 0,7c. À 0,9 ° C, la longueur détectée de l'objet est réduite à 43,58% et à 0,999 ° C, elle ne se contracte qu'à 4,47%. Plus proche de la contraction c devient encore plus extrême, bien que la longueur ne se contracte jamais à zéro.
S'il y a un observateur qui voyage avec l'objet, celui-ci ne perçoit pas l'objet en train de se contracter car, de son point de vue, la vitesse relative de l'objet est nulle. Dans le référentiel de cet observateur, l'objet est stationnaire alors que le reste de l'univers est en mouvement par rapport à l'observateur, et donc du point de vue de l'observateur, c'est le reste de l'univers qui se contracte.
La variation de la longueur mesurée d'un objet soumis à une contraction de longueur diffère de l'apparence réelle de l'objet, telle qu'elle est vue par l'œil humain ou par une caméra, puisqu'un objet se déplaçant suffisamment vite pour produire une contraction de longueur notable se déplace à un pourcentage important de la vitesse de sa propre lumière. À de telles vitesses, les photons émis simultanément par différentes parties de l'objet parviendront à l'observateur à des moments sensiblement différents, déformant ainsi l'aspect visuel de l'objet. Ainsi, un objet se dirigeant vers un observateur à une vitesse élevée serait déformé de sorte qu’il semblerait en réalité plus long pour une inspection visuelle en dépit de la contraction de la longueur. Un objet s'éloignant de l'observateur semblerait plus court en raison du même effet de décalage, en plus de la contraction de longueur réelle, et un objet dépassant l'observateur semblerait être de travers ou en rotation.