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Une vache qui voit passer un passager marchant à cent kilomètres à l’heure, dans le sens du train lancé à cinq kilomètres à l’heure, mesure classiquement sa vitesse à cent cinq kilomètres à l’heure. Eh bien, dis Einstein, cela ne vaut pas pour la lumière – ni d’ailleurs par voie de conséquence, pour le reste. Sa vitesse est indépendante de celle de sa course.
Ce point de vue a des conséquences immédiates sur d’autres concepts physiques : la notion de simultanéité absolue perd son sens pour des événements qui ne se produisent pas au même endroit. La mesure de l’intervalle de temps devient relative au système de référence dans lequel a lieu la mesure. Autrement, dit, le temps subit ce qu’on appelle une « dilatation » : la durée qui s’écoule entre deux événements est plus longue pour un observateur qui regarde passer les événements devant lui à une certaine vitesse que pour quelqu’un qui se déplace avec ces événements. Cette propriété, les physiciens des hautes énergies l’utilisent quotidiennement aujourd’hui. Ils ont ainsi tout loisir d’observer des particules se désintégrant en un temps si court qu’elle seraient inobservables si leur « durée de vie » n’était prolongée d’un facteur élevé grâce à la vitesse extrêmement grande (souvent proche de la vitesse de la lumière) à laquelle elles passent devant eux. Les longueurs, elles, se contractent lorsqu’elles sont vues par un observateur en mouvement relatif. La longueur d’une règle mesurée par un observateur en mouvement relatif est plus courte que lorsqu’elle est mesurée par un observateur dont le mouvement est solidaire de celui de la règle.
Les lois de transformation exprimant la dilatation des temps et la contraction des longueurs n’étaient pas nouvelles. Einstein retrouvait en réalité les formules dites de Lorenz-Fitzgerald. Mais si l’on connaissait leur expression mathématique, leur interprétation physique était loin d’être claire. Lorentz avait postulé l’existence d’un « temps local », artifice mathématique qui exprimait cette contraction, sans qu’il ait cherché à en déduire une interprétation physique. Einstein fut le premier à affirmer qu’il s’agissait du temps, le temps réel, physique, qui se soumet donc à un effet de perspective puisqu’il se modifie en fonction du point de vue de l’observateur, sachant que ce point de vue différent est corrélatif d’un certain mouvement. »
Michel Biezunski, Histoire de la physique moderne, seconde édition (1996)
