A snapshot of relativistic motion: Special relativity made visible
When an object moves extremely fast—
Un instantané du mouvement relativiste : la relativité restreinte rendue visible
par l'Université de Technologie de Vienne
Crédit : Université de Technologie de Vienne
Lorsqu'un objet se déplace extrêmement vite, proche de la vitesse de la lumière, certaines hypothèses fondamentales que nous tenons pour acquises ne s'appliquent plus. C'est la conséquence principale de la théorie de la relativité restreinte d'Albert Einstein. L'objet a alors une longueur différente de celle au repos, et le temps s'écoule différemment pour lui qu'en laboratoire. Tout cela a été confirmé à maintes reprises par des expériences.
Cependant, une conséquence intéressante de la relativité n'a pas encore été observée : l'effet Terrell-Penrose. En 1959, les physiciens James Terrell et Roger Penrose (lauréat du prix Nobel en 2020) ont conclu indépendamment que les objets en mouvement rapide devraient apparaître comme ayant subi une rotation. Cependant, cet effet n'a jamais été démontré.
Une collaboration entre la TU Wien (Vienne) et l'Université de Vienne a permis pour la première fois de reproduire cet effet à l'aide d'impulsions laser et de caméras de précision, à une vitesse effective de la lumière de 2 mètres par seconde. Cette recherche est publiée dans la revue Communications Physics.
La contraction de longueur d'Einstein
« Supposons qu'une fusée passe à 90 % de la vitesse de la lumière. Pour nous, elle n'a plus la même longueur qu'avant son décollage, mais est 2,3 fois plus courte », explique le professeur Peter Schattschneider de la TU Wien. Il s'agit de la contraction de longueur relativiste, également appelée contraction de Lorentz.
Cependant, cette contraction ne peut pas être photographiée. « Pour photographier la fusée en vol, il faudrait tenir compte du fait que la lumière provenant de différents points n'a pas mis le même temps à atteindre la caméra », explique Schattschneider.
La lumière provenant de différentes parties de l'objet et arrivant simultanément à la lentille ou à notre œil n'a pas été émise au même moment, ce qui entraîne des effets optiques complexes.
Le cube de course : Apparemment en rotation
Imaginons que l'objet ultra-rapide soit un cube. Le côté opposé à nous est alors plus éloigné que le côté orienté vers nous. Si deux photons atteignent notre œil en même temps, l'un provenant du coin avant du cube et l'autre du coin arrière,
Mouvement relativiste d'un cube. Crédit : Communications Physics (2025). DOI : 10.1038/s42005-025-02003-6
« Cela nous donne l'impression que le cube a subi une rotation », explique Schattschneider. Il s'agit d'une combinaison de la contraction de la longueur relativiste et des différents temps de trajet de la lumière depuis différents points. Ensemble, ces éléments conduisent à une rotation apparente, comme l'avaient prédit Terrell et Penrose.
Bien sûr, cela n'a aucune importance dans la vie de tous les jours, même pour photographier une voiture extrêmement rapide. Même la Formule 1 la plus rapide ne parcourra qu'une infime fraction de la distance parcourue par la différence de temps entre la lumière émise par le côté opposé à nous et par le côté face à nous. Mais avec une fusée se déplaçant à une vitesse proche de celle de la lumière, cet effet serait clairement visible.
Le tour de force de la vitesse effective de la lumière
Techniquement, il est actuellement impossible d'accélérer des fusées à une vitesse permettant d'observer cet effet sur une photographie. Cependant, l'équipe dirigée par Peter Schattschneider de l'USTEM de la TU Wien a trouvé une autre solution inspirée par l'art : elle a utilisé des impulsions laser extrêmement brèves et une caméra haute vitesse pour recréer cet effet en laboratoire.
« Nous avons déplacé un cube et une sphère dans le laboratoire et utilisé la caméra haute vitesse pour enregistrer les flashs laser réfléchis par différents points de ces objets à différents moments », expliquent Victoria Helm et Dominik Hornof, les deux étudiants qui ont mené l'expérience. « Si le timing est correct, on peut créer une situation qui produit les mêmes résultats que si la vitesse de la lumière ne dépassait pas 2 mètres par seconde. »
Il est facile de combiner des images de différentes parties d'un paysage en une seule grande image. Pour la première fois, le facteur temps a été pris en compte : l'objet est photographié à différents instants. Les zones éclairées par le flash laser au moment où la lumière aurait été émise à ce point si la vitesse de la lumière n'avait été que de 2 m/s sont ensuite combinées en une seule image fixe. L'effet Terrell-Penrose est ainsi visible.
« Nous avons combiné les images fixes en de courts clips vidéo des objets ultra-rapides. Le résultat était exactement celui que nous attendions », explique Schattschneider. « Un cube apparaît tordu, une sphère reste une sphère, mais le pôle Nord est situé à un autre endroit.»
Quand l'art et la science se rencontrent
La démonstration de l'effet Terrell-Penrose n'est pas seulement une réussite scientifique, c'est aussi le fruit d'une extraordinaire symbiose entre l'art et la science. Le point de départ était un projet art-science de l'artiste Enar de Dios Rodriguez, qui, il y a plusieurs années, en collaboration avec l'Université de Vienne et l'Université de Technologie de Vienne, a exploré les possibilités de la photographie ultra-rapide et la « lenteur de la lumière » qui en résulte.
Les résultats pourraient nous aider à mieux comprendre le monde intuitivement insaisissable de la relativité.
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RESUME
Un instantané du mouvement relativiste : la relativité restreinte rendue visible
Lorsqu'un objet se déplace extrêmement vite, proche de la vitesse de la lumière, certaines hypothèses fondamentales que nous tenons pour acquises ne sont plus valables. C'est la conséquence principale de la théorie de la relativité restreinte d'Albert Einstein. L'objet a alors une longueur différente de celle au repos, et le temps s'écoule différemment pour lui qu'en laboratoire. Tout cela a été confirmé à maintes reprises par des expériences.
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COMMENTAIRES
J ai trouvé l article interessant et meme pédagogique .
S 'il est connu depuis lontemps que toue masse solide voit aumenter son volume trés rapidement
lorsqu elle approche de la vitesse de la lumière les représentation des ''peits détails'' n avaient été ni etudiés niprécisé donc brao pour l article
Mais je rassure tout de suoiite mes peits élèves : ç a ne se voit qu en accelerateir : les plantes les etoiles la lune ne soont pas susceptibles d atteindre de telles énenergies cinétiques !
XXXXXXXXMore information: Dominik Hornof et al, A snapshot of relativistic motion: visualizing the Terrell-Penrose effect, Communications Physics (2025). DOI: 10.1038/s42005-025-02003-6
Journal information: Communications Physics
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Il faut bien comprendre que Einstein a très intelligemment déduit cette réduction de longueur en déclinant les conséquences de la constance de la vitesse de la lumière. Mais il n'a pas expliqué les causes physiques relative à la structure de l'espace-temps. En revanche ma théorie DUO5, explique cela par le couplage entre particule quantique et les oscillateurs dipolaires et symétriques B.O.D.Y.S qui tissent de l'espace temps. Le mécanisme résumé est le suivant : couplage → perturbation de symétrie subquantique locale +Δℓ → –Δm → transfert Δm dans référentiel inertiel → réduction longueur –Δℓ. Le +Δℓ de l'oscillateur subquantique dilate le temps +Δt. Mais ce n'est pas tout, car l'asymétrie +Δℓ subquantique provoque la courbure autour du référentiel inertiel.
RépondreSupprimerTout cela dérive du paradoxe inertiel {∄ m > Ø ; ∄ m ≡ Ø} qui démontre que la notion d'inertie ne peut ni exister ni être à l'état "zéro absolu". La solution est dans l'oscillation dipolaire qui obtient un zéro de nature symétrique. Je démontre en détail que ce paradoxe débouche sur la loi (largement vérifiée) : Δℓ ×Δm ≡ Cte.... hors perturbation.
Je publie ce grand article dans 8 jours. La théorie est construite en cherchant le point commun entre 72 énigmes recensées.
Je vous tiens au cour
....suite : tiens au courant cher Olivier.
RépondreSupprimerDominique MAREAU