mercredi 19 février 2014

La théorie de la relativité expliquée aux enfants

Préambule aux parents

Le pouvoir que donne la science est comme un pouvoir magique : ceux qui la connaisse sont capables de réaliser des choses étonnantes et insoupçonnées. Mais contrairement à la magie, la science est souvent au plus proche de la vérité car tout est vérifiable.

La théorie de relativité illustre parfaitement cette « magie-vérité ». Pourtant les principes de cette théorie mise au point par Albert Einstein restent difficile à vulgariser : l'expliquer à un enfant est un défi. (Dr Goulu explique cette difficulté sur son blog.)

Voici donc ci-après une manière d'expliquer la Théorie de la relativité restreinte et la Théorie de la relativité générale aux enfants à partir de 9 ans (je n'ai pas essayé en dessous). Malgré le succès de ce texte auprès de plusieurs enfants, l’intérêt pédagogique de la démarche est faible car la Théorie de la Relativité d’Einstein reste quelque chose d'impalpable dans notre vie de tous les jours. Ce phénomène scientifique ne laissera quelque chose à l’enfant que s'il a déjà un caractère curieux des choses.


La théorie de la relativité expliquée aux enfants

Ce qu'on appelle « La Relativité » c'est un phénomène qui existe véritablement mais qui est minuscule. La Relativité c'est tellement petit qu'on ne peut quasiment jamais voir ce que cela fait et pendant longtemps on n'a pas su que cela existait. Mais aujourd'hui on sait que c'est vrai car on a fait beaucoup d’expériences qui montrent que c'est véritable et cela sert maintenant à créer des choses très pratiques comme fabriquer de l'électricité, faire fonctionner les GPS, ou observer l'univers.

La Théorie de la Relativité explique le phénomène de la Relativité. Voici ce que raconte cette théorie. Il se passe plusieurs choses :

Quand quelque chose ou quelqu'un se déplace, le temps se ralentit pour lui, il vit plus lentement, il vieillit moins vite que celui qui reste en place. Une fois revenu à son endroit de départ, celui qui s'est déplacé est moins vieux que s'il était resté au même endroit. Et aussi, et cela est très bizarre mais vrai, quand quelque chose se déplace, il se ratatine par là où il se déplace. Il reprend sa taille quand il s'arrête. Quand un avion vole dans le ciel, il devient plus court, mais sa hauteur ne change pas. Il redevient normal quand il se pose.

Mais attention : c’est tout petit ; cela ne se sent même pas ; tu ne peux même pas t'en rendre compte. Si tu faisais le tour de la terre en avion, tu irais très vite mais tu ne gagnerais que quelques milliardièmes de secondes de vie (c’est à dire 1 seconde coupée en mille, coupée en mille, coupée en mille). Comme cela parait incroyable, on a réalisé l'expérience : on a comparé une horloge sur terre et une horloge posée dans un avion. On s’est aperçu à l'arrivée que l'horloge de l'avion ne marquait plus plus les mêmes secondes, elle était plus jeune.
C'est tout petit pour nous mais pour les choses gigantesques ou les choses très rapides cela compte. Voici un exemple : les GPS dans les voitures te disent où il faut aller grâce aux satellites qui tournent autour de la terre. Ces satellites tournent tellement vite par rapport à nous, qu'ils vivent plus lentement. Si l’on ne tenait pas compte de cela alors au bout d'un jour nos GPS se tromperaient d'un kilomètre.

Toutefois, il n'y a qu'une seule chose qui ne ralentit pas et qui ne se ratatine pas : c'est la lumière. La lumière ne pèse absolument rien. Pour les autres choses qui pèsent : plus elles vont vite et plus elles se ratatinent et ralentissent, et cela les empêche de rattraper la lumière. La lumière est la chose qui va le plus vite, absolument rien ne peut la rattraper, absolument rien ne peut la dépasser. Si tu lui cours après, tu te ratatines, tu te ralentis et tu ne peux pas l'attraper.

En même temps que le ralentissement, que le ratatinage, et que la lumière ne peut être dépassée, on a découvert que la matière c'est de l'énergie. Si tu réussis à détruire de la matière, cela libérera son énergie. Beaucoup d'énergie. On se sert justement de l’énergie de la matière pour faire de l'électricité.
Une bille à jouer contient suffisamment d'énergie pour faire 8 fois le tour du monde en avion. Mais ce n’est pas si facile car quand on casse une bille avec un marteau la matière n'est pas détruite, on a simplement séparé la bille en plusieurs morceaux. Détruire véritablement de la matière c'est très difficile. Aujourd’hui on arrive à détruire seulement un bout de matière d'uranium en le bombardant d'autre matière. C'est comme cela que fonctionnent les centrales nucléaires, on s'en sert pour faire de l’électricité.

Et puis il y a encore une autre chose qu'on a découverte peu après, tout aussi étonnante mais véritable elle aussi. La terre nous attire toujours vers elle, bien sûr, mais comment cela arrive ?
La matière, toutes les matières de la terre et de l'univers, ratatinent les distances et ralentissent le temps quand on s’approche d’elles. Plus tu es proche et plus elle ratatine, et plus elle ralentit. Pour les petits objets cela ne se ressent pratiquement pas, mais quand il y a beaucoup de matière concentrée cela compte. La terre, par exemple, est très grosse ; elle concentre énormément de matière dans son noyau. Le ratatinage et le ralentissement attirent tout vers le centre de la terre, on est comme aspiré. Nous, comme nous pesons bien moins que la terre, nous ne nous attirons presque pas entre nous, mais on s’attire un petit rien.

En résumé :
  • La vitesse nous ratatine et nous ralentie.
  • Rien ne peut dépasser la lumière.
  • La matière c'est de l'énergie.
  • La matière attire tout vers elle et plus on s'approche plus elle ratatine et ralentie.

Skrol29
février 2014