Nous voudrions démontrer le caractère quelque peu spécieux des explications données par la relativité pour fonder le principe d'une vitesse limite. (Spécieux : Qui est susceptible de tromper, de faire illusion par son apparence de vérité, de logique)
1 - La masse est une quantité de matière Q sur laquelle on va mesurer une force F (gravitationnelle) telle que QF = mi = 1kg. Il s'agit de la masse inerte (mi) qui représente un coefficient d'inertie ou de résistance à sa mise en mouvement. En faisant cette opération, on passe de la masse quantité de matière Q à la définition de la valeur de la masse inerte que nous désignerons par mi pour bien spécifier la présence qu'une quantité Q de matière. Cette masse inerte n'est pas absolue, mais relative au référentiel arbitraire choisi où est mesurée la force F. Elle pourra donc varier selon le champ de gravitation, mais la quantité Q étalon restera invariable
A la distance d = 1 mètre où se mesure la valeur de la force de gravitation, nous avons une égalité entre la masse inerte mi et la masse cinétique (mc), qui se confondent ici. Si on accélère cette masse inerte mi reste invariable mais la masse cinétique va augmenter (Ec =mv²) et en quelque sorte surgir : les masses inerte mi et cinétique mc se séparent. Nous allons avoir une augmentation d'une quantité q qui va se transformer en masse cinétique sous l'action d'une accélération (v²) donnant la quantité cinétique qc soit :
mi+qc = mc. = Ec =1/2 mv²
- q est utilisé pour exprimer une quantité d'énergie et doit être différencié de Q qui indique une quantité fixe de matière
- On utilise l'égalité qc = v² en abandonnant la notion de vitesse et donc d'énergie afin de montrer que la masse " s'alourdie " d'une quantité q, qu'elle gagne donc en poids, car c'est sur ce phénomène de transfert énergie>poids que va jouer la relativité.
Nous avons ici la définition de deux types de masse en une, toutes deux relatives au même référentiel : la masse inerte ou mi et la masse cinétique mc.
Mais, nous rencontrons une première difficulté : on s'aperçoit que toute élévation de vitesse peut augmenter à l'infini la quantité qc d'énergie et donc la masse cinétique. A priori, rien n'empêche de donner à un corps dont la masse-matière Q n'augmente pas une vitesse infinie, la masse cinétique étant " constituée " d'énergie de mouvement elle peut s'élever et devenir de plus en plus " lourde ". Cependant nous sommes en contradiction avec le principe même du mouvement qui interdit une vitesse illimitée et au poids une valeur infinie.
Il faut donc poser le principe d'une limite, d'une résistance à ces infinités.
2 - C'est à ce stade qu'intervient la relativité dont l'une des ambitions est d'exprimer la nature de cet interdit à l'infinité de la vitesse. Comment procède Einstein ? Il nous démontre, qu'EN PLUS de la variation de la masse cinétique mc, nous devons tenir compte d'une augmentation relative de cette masse cinétique (mi+qc) qui corresponde à une quantité relativiste qr dont la valeur est proportionnelle à la vitesse selon les équations de Lorentz :
Ce coefficient qr va fonctionner comme un principe de résistance pour empêcher une masse de matière (mi) de tendre vers une masse et vitesse infinies.
Nous aurons donc l'invention d'une dernière et 3eme masse, la masse relativiste (mr), soit logiquement :
Nous constatons immédiatement que cette définition de la masse relativiste n'a pas de sens physique. Dans le 2eme terme, les éléments quantitatifs qc et qr étant reliés par un rapport de proportionnalité, ils varient dans le même sens, toute augmentation de la vitesse se traduit à la fois par une élévation de qc et de qr. La quantité qr est censée fonctionner comme une résistance au mouvement alors même qu'elle accroît la masse cinétique (mc) pour la transformer en masse relativiste (mr)
Car en effet, comment comprendre qr, le coefficient de Lorentz ? Comment comprendre également le fonctionnement de la masse relativiste par rapport à celui de la masse cinétique ? Pour la masse cinétique, toute augmentation de ∆ v de a vitesse se traduit intégralement par une élévation de celle-ci dans les mêmes proportions : E = mi.v². Mais pour la quantité qr de la masse relativiste, nous savons qu'il ne peut en être ainsi, elle ne contribue nullement à l'augmentation de la masse cinétique, ce qui supposerait une augmentation de la vitesse de celle-ci. Elle traduit le phénomène suivant : une partie de l'énergie de la vitesse ne peut se transformer intégralement en mouvement. Nous avons donc un même cause, l'augmentation de la vitesse, qui produit des effets ∆qc et ∆qr contradictoires.
3 - Comment Einstein va éviter cette incongruité physique ? Tout simplement en faisant basculer la quantité ∆qr non du côté de la masse cinétique (mc) mais de celui de la masse inerte (mi). Dans la relativité en effet nous avons :
Masse relativiste mr = mi+∆qr (2)
Cette écriture simplifiée correspond à l'équation d'Einstein : M1 = m+(1-v²/c²)
Ce n'est donc pas la masse cinétique qui se transforme en masse relativiste par addition du coefficient de Lorentz mais la masse-matière mi qui va être augmentée.
Or, il est impossible d'écrire l'équation (2). En effet, à quoi va corresponde l'augmentation de masse relativiste mr dans (2)? Nous additionnons deux quantités irréductibles l'une à l'autre. A une quantité de matière mi va être ajoutée une quantité qr, ce qui est impossible puisque mi est invariable : on ne peut créer de la masse-matière par le simple effet d'une accélération. La quantité relativiste qr n'a aucune réalité matérielle, elle doit donc relever de l'énergie cinétique et nous devons nécessairement la reporter du côté de la masse cinétique (1) mais en l'intégrant comme résistance soit :
Masse relativiste réelle : mr' = mi+qc-qr (3)
Cette fois, la quantité qr fonctionne bien ici comme une résistance. Nous avons ainsi deux écritures de la masse relativiste, l'une liée à la masse-matière mi et l'autre à la masse cinétique mc.
Or, cette dernière masse cinétique mc est contradictoire : la masse cinétique d'un côté augmente relativement à la vitesse et cette vitesse dans le même temps engendre une réduction d'une certaine quantité ∆qr. Sachant que nous avons deux masses et deux seules (mi, mc) il parait impossible de rajouter un 3eme type de masse, sauf à l'introduire dans l'un ou l'autre des deux termes, ce qui apparaît également impossible. En vérité, la relativité semble jouer sur ces deux types d'écriture, passant imperceptiblement de l'une à l'autre : l'augmentation de la masse relativiste ne pouvant se faire que du côté de la masse cinétique - puisque liée à l'énergie d'une augmentation de vitesse - mais l'écriture formelle n'est possible que du côté de la masse inerte invariable mi soit : mr = mi+∆qr. Tout se passe comme si la masse invariable mi s'élevait en " poids " et donc d'une énergie cinétique qui est prélevée sur la vitesse " réelle " et transférée de mc à mi
4 - Se pose alors la question de l'origine de cette quantité de Lorentz qui semble problématique. De quel phénomène physique réel relève-t-il ? Il semble extérieur tout à la fois aux masses inerte et cinétique mi et mc, puisque nous ne pouvons le placer dans l'une ou l'autre des masses. Einstein nous dit que l'augmentation illimitée de la masse cinétique mc est impossible puisqu'elle tendrait à l'infini. Il doit donc fonder le principe d'une vitesse limite de la matière. Il faut alors bien entendre le phénomène exprimé par cette quantité qr comme une résistance au mouvement. Et en effet, c'est bien ce qu'il fut déduit de son rôle puisqu'elle exprime la proportion dans laquelle une énergie ne peut se traduire intégralement en mouvement. Et quand cette proportion augmente au point d'aboutir à ce que plus aucune énergie supplémentaire n'engendre une élévation de vitesse, alors nous avons atteint un seuil de résistance qui est celui de la vitesse limite
On voit comment Einstein joue avec les deux types uniques de masse en introduisant un 3eme type, la masse relativiste, dont la quantité qr qui la fonde, peut aller indifféremment de l'une à l'autre. Il faut alors se demander quelle est l'origine de cette ambiguïté ? Cela est dû à la confusion initiale que nous signalions quant à la définition de la masse. En effet, la mesure du poids d'une masse est toujours la mesure d'une énergie et constitue son inertie, sa résistance au changement de son mouvement. De fait, quand un corps reçoit de l'énergie, il augmente son poids et donc sa résistance au mouvement. Mais sa masse inerte mi reste invariable, il n'y a pas d'élévation de quantité de matière, pas de transformation de l'énergie en masse. La masse ne peut varier que si on pose une quantité invariable susceptible de servir de base à la variation.
Or le poids-énergie d'une masse ne peut croître à l'infini et c'est cette croissance progressive de l'énergie qui va constituer pour Einstein une résistance à son propre mouvement, d'où la nécessité de recourir à la quantité qr de Lorentz pour fonder la vitesse limite de la masse-matière mi.
Mais cette énergie cinétique ne peut fonctionner SIMULTANEMENT, comme principe de mouvement et empêchement à celui-ci ; Une masse-matière invariable ne peut SIMULTANEMENT recevoir de l'énergie/mouvement et être celle qui limite son propre mouvement en transformant une fraction de cette énergie en résistance. Une énergie ne peut A LA FOIS augmenter une vitesse et ralentir celle-ci !
Mais passant outre à cette contradiction Einstein sait que seul l'interdit sur l'accroissement infini de la masse-matière mi peut justifier une vitesse limite. Cela explique pourquoi nous retrouvons la quantité qr de Lorentz du côte de la masse inerte mi alors même qu'il s'agit nullement d'une élévation réelle de masse-matière mais seulement fictive qui s'origine dans la masse cinétique mc. C'est cette élévation fictive de la masse qui va produire un effet réel : le freinage du corps matériel.
5 - C'est ici qu'Einstein fait intervenir le rôle de l'observateur : cette augmentation de la quantité relativiste qr qui agit comme une résistance n'est pas absolue. Elle ne peut se mesurer qu'entre deux observateurs en mouvement relatif différentiel : deux observateurs se déplaçant à vitesse égale - et donc en repos relatif - ne pourront pas constater une augmentation relative de masse. Pourtant, ces deux observateurs aux approches de C ne verront pas leur vitesse augmentée et seront face à un " mur relativiste " de la vitesse limite. Leur masse relative respective n'aura pas augmentée et pourtant, quelque soit l'énergie employée, ils ne pourront plus accélérer. Aucun des d'eux ne pourra justifier l'existence d'une vitesse limite car il ne s'agit pas d'un absolu que chaque observateur peut expérimenter mais d'une observation RELATIVE: La fondation d'une vitesse limite dépend essentiellement de la position relative d'un observateur. Pour la relativité il ne peut y avoir une vitesse limite absolue " en soi " qui ne dépende pas de la position d'un observateur et qui représente une impossibilité physique réelle.
Il est ainsi capital que la masse relative demeure fictive, qu'elle ne corresponde à aucun phénomène strictement " matériel " mettant en jeu une quantité de matière. L'important pour la relativité était de trouver une CAUSE à la résistance d'un corps à une vitesse infinie, c'était de fonder, dans les mathématiques seulement, le principe d'interdiction de cette vitesse infinie, c'était de construire une nouvelle philosophie du mouvement dans un espace vide et non réactif.
Toute porte à croire que cette ambiguïté dissimule un impensé véritable - la nature de cette résistance qui interdit une vitesse infinie - laquelle semble échapper à la théorie de la relativité.
Jeu de briques
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