Physique · Glossaire

Qu'est-ce que « Événements et simultanéité » ?

Définition 4.3 Physique universitaire — 3e année · Chapitre 4 — Cinématique relativiste

Un événement est une occurrence ponctuelle : un lieu déterminé et un instant déterminé — une étincelle, un clic de détecteur, une désintégration. Chaque référentiel galiléen attribue à un événement ses coordonnées (t,x,y,z)(t, x, y, z), au moyen de règles au repos dans le référentiel et d’horloges synchronisées qui y sont réparties. Deux événements sont simultanés dans un référentiel lorsque les horloges de ce référentiel leur attribuent le même tt — et la première victime des postulats est que cette notion dépend du référentiel.

Deux impacts marquant à la fois le train et la voie. L’observatrice au sol, à mi-distance des marques, reçoit les éclairs ensemble : simultanés pour elle. Le passager court vers l’éclair B ; celui-ci l’atteint d’abord et — à égale distance des marques dans son propre référentiel — il conclut que B a frappé d’abord. La simultanéité est relative.
Deux impacts marquant à la fois le train et la voie. L’observatrice au sol, à mi-distance des marques, reçoit les éclairs ensemble : simultanés pour elle. Le passager court vers l’éclair B ; celui-ci l’atteint d’abord et — à égale distance des marques dans son propre référentiel — il conclut que B a frappé d’abord. La simultanéité est relative.

Exemples

Exemple 4.4 (Le train et les deux éclairs)

La foudre frappe les deux extrémités d’un train rapide, laissant des marques sur le train et sur la voie. Pour l’observatrice au sol, à mi-distance des marques, les deux éclairs arrivent ensemble : les impacts ont été simultanés pour elle. Le passager assis au milieu du train, lui, va vers l’un des éclairs et s’éloigne de l’autre ; la lumière allant à cc dans son référentiel aussi, l’éclair avant l’atteint d’abord — et comme il se tient à égale distance des deux marques sur le train, il doit conclure que l’impact avant a eu lieu plus tôt. Aucun des deux n’a tort : la simultanéité d’événements séparés n’est pas un fait du monde, mais du référentiel. Tout « paradoxe » relativiste se dissout ici.

Exemple 4.16 (La jumelle voyageuse)

Une jumelle file vers une étoile à 88 années-lumière à 0.8c0.8c (γ=5/3\gamma = 5/3) et revient. Temps terrestre : 2×8/0.8=20yr2 \times 8/0.8 = 20\,\mathrm{yr}. Temps propre de la voyageuse : 20/γ=12yr20/\gamma = 12\,\mathrm{yr} — huit ans de moins, et aucun paradoxe : les situations des deux jumelles ne sont pas symétriques, puisque l’une des lignes d’univers est droite (galiléenne d’un bout à l’autre) et l’autre présente un coude au demi-tour. Entre deux événements fixés, la ligne d’univers droite est celle du plus long temps propre — dans la géométrie de l’espace-temps, le détour vieillit moins. L’effet se mesure couramment : des horloges atomiques promenées autour du monde diffèrent de leurs sœurs restées au sol des nanosecondes exactement prédites (Problème 4.1).

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