Toolyard

Simulateur de relativité restreinte

Équations de cette simulation

γ = 1 ÷ √(1 − v² ÷ c²)
vVitesse du vaisseau v (fraction de la vitesse de la lumière c)c = 299,792 km/s
γfacteur de Lorentz1 au repos, 1,25 à 0,6 c, 2,29 à 0,9 c, 7,09 à 0,99 c

Avec les valeurs actuelles :

(c Δt ÷ 2)² = (v Δt ÷ 2)² + h² ⇒ Δt = (2h ÷ c) × γ
hhauteur de l'horloge à lumièrela lumière rebondit entre deux miroirs écartés de h ; un tic est un aller-retour
Δtun tic de l'horloge en mouvement, chronométré depuis le solvue du sol, la lumière doit suivre un trajet oblique pour rattraper le miroir en mouvement, à la même vitesse c, donc le tic dure plus longtemps

Avec les valeurs actuelles :

Δt = γ Δτ, L = L₀ ÷ γ
Δτtemps propre : ce qu'indique l'horloge du vaisseau lui-mêmeelle bat γ fois plus lentement que les horloges devant lesquelles elle passe
L₀longueur propre du vaisseau100 m, mesurés à bord
Lsa longueur mesurée depuis le solplus courte dans la direction du mouvement seulement

Avec les valeurs actuelles :

t_trip = d ÷ v, τ_trip = t_trip ÷ γ
dDistance d'une étoile pour le voyage (années-lumière)Proxima du Centaure est à 4,2 années-lumière
τ_triptemps dont vieillissent les voyageurs pendant le trajetl'aller-retour les fait vieillir du double, pendant que tout le monde à la maison vieillit de 2 t_trip : le paradoxe des jumeaux

Avec les valeurs actuelles :

Comment utiliser le simulateur de relativité restreinte

  1. Réglez la vitesse du vaisseau en fraction de la vitesse de la lumière. Il passe devant une horloge au repos au sol ; le vaisseau est dessiné raccourci du facteur de Lorentz γ, et sa propre règle rétrécit avec lui, à côté de la règle du sol.
  2. Regardez les deux horloges à lumière. Au sol, la lumière rebondit verticalement entre deux miroirs. Dans le vaisseau, vue du sol, la lumière doit suivre un zigzag oblique pour suivre les miroirs en mouvement ; elle va à la même vitesse c, donc chaque tic dure plus longtemps et le cadran du vaisseau prend du retard sur celui du sol. Les graphiques montrent les deux horloges qui s’écartent.
  3. Réglez la distance d’une étoile et lisez la durée du voyage sur Terre et à bord, et de combien les voyageurs sont plus jeunes après l’aller-retour. Les équations déduisent γ de l’horloge à lumière avec le théorème de Pythagore.

Questions fréquentes

Qu’est-ce que la dilatation du temps ?

Une horloge qui passe devant vous bat plus lentement du facteur de Lorentz γ = 1 ÷ √(1 − v²/c²). À 80 % de la vitesse de la lumière, γ = 1,67, donc l’horloge du vaisseau bat une fois pendant que les horloges qu’il croise battent 1,67 fois. Ce n’est pas un défaut de l’horloge : tout à bord, y compris les battements de cœur et le vieillissement de l’équipage, ralentit de la même façon.

Comment l’horloge à lumière le prouve-t-elle ?

La lumière va toujours à c pour tout observateur. Dans le référentiel du vaisseau, la lumière va en ligne droite entre des miroirs écartés de h et met 2h ÷ c. Vue du sol, les miroirs avancent pendant que la lumière voyage, elle parcourt donc l’hypoténuse d’un triangle : (c Δt ÷ 2)² = (v Δt ÷ 2)² + h². On en tire Δt = (2h ÷ c) ÷ √(1 − v²/c²), plus long exactement de γ.

Qu’est-ce que la contraction des longueurs ?

Un objet en mouvement est plus court dans la direction du mouvement du même facteur : L = L₀ ÷ γ. Un vaisseau de 100 m à 0,8 c mesure 60 m vu du sol. À bord, rien ne paraît changé ; ce sont le sol et la distance de l’étoile qui sont contractés, et c’est ainsi que l’équipage explique qu’il atteint l’étoile en moins de temps propre.

Qu’est-ce que le paradoxe des jumeaux ?

Un jumeau part vers une étoile et revient à grande vitesse pendant que l’autre reste à la maison. Le voyageur revient plus jeune, de 2(t − τ). Ce n’est pas une contradiction, car les deux situations ne sont pas symétriques : seul le voyageur fait demi-tour et change de référentiel. L’effet est réel et mesuré : les muons des rayons cosmiques n’atteignent le sol que parce que leurs horloges ralentissent, et les satellites GPS le corrigent chaque jour.

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Quelque chose est-il envoyé ?

Non. La simulation est dessinée par votre propre navigateur avec WebGL ; rien n'est envoyé nulle part, et elle continue de fonctionner hors ligne une fois la page chargée.

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