Avant l’invention de la théorie de la relativité, Newton était sans aucun doute un géant de la physique. Son livre « Principes mathématiques de la philosophie naturelle », publié à l’âge de 45 ans, a posé une base théorique complète pour la mécanique et est devenu la pierre angulaire de la physique classique. Newton a proposé les concepts d'« espace absolu » et de « temps absolu », affirmant qu’il existe une « boîte vide » comme l’espace absolu dans l’univers, dans laquelle tous les objets se déplacent ; Le temps s’écoule également indépendamment de l’objet. Cet absolu est devenu le cœur des systèmes ultérieurs de la physique. Cependant, avec l’avènement d’Albert Einstein, la physique a inauguré un changement sans précédent.

Les vues révolutionnaires d’Albert Einstein

Einstein, après de longues délibérations, a remis en question « l’espace absolu » et le « temps absolu » en découvrant que les lois fondamentales de la nature peuvent ne pas dépendre d’une sorte de cadre de référence absolu. Ainsi, il a établi deux hypothèses de base qui forment les piliers centraux de la théorie de la relativité :

1. Le principe de relativité : Les lois de la physique sont les mêmes dans tous les référentiels inertiels. Cela s’applique non seulement à la mécanique, mais aussi à l’électromagnétisme et à d’autres lois de la physique.

2. Principe d’invariance de la vitesse de la lumière : La vitesse de la lumière est constante dans n’importe quel référentiel et n’a rien à voir avec l’état de mouvement de l’observateur.

Sur la base de ces deux principes, Einstein a déduit une série de conclusions nouvelles, telles que le ralentissement de l’horloge, le raccourcissement de la règle, le paradoxe des jumeaux, etc., et a également dérivé la célèbre équation masse-énergie : (E=mc^2\), révélant le lien profond entre la masse et l’énergie.

Dans le cadre de la théorie de la relativité, Albert Einstein a proposé une méthode pour aligner deux horloges à des positions différentes avec des signaux optiques. Supposons qu’il y ait une horloge au point A et au point B, et que les deux horloges puissent être « alignées » en envoyant un signal optique et en calculant le temps d’aller-retour de la lumière de A à B. Einstein croyait également que si A et B sont alignés et que B et C sont alignés, alors le temps entre A et C doit également être aligné. Cela peut sembler simple, mais dans des développements ultérieurs, les scientifiques ont découvert que ce n’est pas vrai dans tous les cas.

Doutes et mystères

Le physicien Landau souligne que la méthode de synchronisation temporelle d’Einstein ne fonctionne que dans les repères inertiels, et dans les repères non inertiels ou l’espace-temps courbe, la situation devient plus compliquée. Par exemple, sur un disque rotatif, les horloges à différents points peuvent ne pas être parfaitement synchronisées. Cela montre que l’alignement du temps n’est pas absolu dans l’espace-temps courbe ou les cadres de référence accélérés, révélant davantage la relativité du temps et de l’espace.

En explorant le problème de la synchronisation des horloges dans la théorie de la relativité, le scientifique Zhao a soulevé un autre point : il n’est pas nécessaire d’aligner exactement toutes les horloges, il suffit de s’assurer que les « rapides et lents » de l’horloge sont cohérents. Zhao a proposé une condition mathématique pour décrire cet « alignement rapide-lent » et a nommé cette classe de systèmes de coordonnées « Classe Z ». Cette petite contribution a été reconnue dans l’étude de la relativité générale et a été incluse dans le livre Differential Geometry and General Relativity.

De l’espace-temps absolu de Newton à la théorie de la relativité d’Einstein, en passant par l’exploration ultérieure des cadres non inertiels par les scientifiques, la physique n’a cessé de briser la compréhension originale. La théorie de la relativité nous permet non seulement de repenser la nature de l’espace et du temps, mais elle jette également les bases du développement de la science et de la technologie modernes. C’est cette sagesse et cette exploration innombrables qui nous mènent vers un univers plus profond.