La leçon scientifique la plus facile au monde : la relativité générale
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Description
Introduction au livre
De la géométrie riemannienne à la physique des trous noirs À l'intérieur du document d'Einstein qui a créé les équations qui régissent l'univers La naissance d'une équation qui explique tout dans l'univers Onzième volet de la série « Apprendre les sciences à travers les articles originaux des lauréats du prix Nobel ». Après la théorie de la relativité restreinte, sujet du premier volume de la série, ce livre présente la théorie de la relativité générale d'Einstein. Nous allons ici examiner trois articles sur la relativité générale. L'article d'Einstein et Grossmann de 1913 fut la première tentative de théorie de la relativité générale. Cependant, Einstein, qui ressentait un problème dans ce processus, acheva la théorie dans un seul article en 1916 et publia les équations d'Einstein. La même année, Schwarzschild fut le premier à résoudre les équations d'Einstein et à prédire l'existence des trous noirs. Ces articles ont été rédigés dans un style légèrement plus accessible aux jeunes et au grand public. L'introduction débute par un entretien virtuel avec le Dr Penrose, offrant un aperçu du déroulement du livre. Pour comprendre la théorie de la relativité générale d'Einstein, il faut d'abord comprendre la géométrie riemannienne. J’ai donc commencé ce livre par évoquer l’histoire de la géométrie. Ensuite, il a expliqué la géométrie de l'espace-temps à quatre dimensions, le symbole de somme d'Einstein et le principe d'équivalence d'Einstein, qui est l'idée de base de la relativité générale. Au chapitre 4, j'ai essayé d'expliquer les équations d'Einstein avec des formules, et au chapitre 5, en excluant les formules, en suivant la thèse d'Einstein, pour satisfaire le goût du lecteur. Le chapitre 6 conclut l'ouvrage par une discussion sur les trous noirs et les trous de ver. L'annexe comprend les versions anglaises de trois articles clés et une liste des lauréats du prix Nobel de physique afin de faciliter une exploration et une compréhension plus approfondies. |
- Vous pouvez consulter un aperçu du contenu du livre.
Aperçu
indice
Recommandation
J'espère que vous pourrez comprendre les articles originaux de ces scientifiques de génie.
Créer les équations qui régissent l'univers : une interview surprise avec le Dr Penrose
Première rencontre | La naissance de la géométrie riemannienne
Histoire de la géométrie : documents sur papyrus et géométrie euclidienne
Géométrie non euclidienne : une nouvelle géométrie née de la négation de l’hypothèse des parallèles
L'apparition de Gauss et Riemann : le roi des mathématiques et son élève
Naissance du concept de courbure - Degré de courbure
Système de coordonnées sphériques _ Une méthode de représentation de l'espace tridimensionnel
Seconde rencontre | Espace-temps à quatre dimensions
Les années d'école d'Einstein _ Guide Mileva Maric
Relativité restreinte : le temps s'écoule différemment pour les observateurs
L'espace-temps à quatre dimensions : une nouvelle géométrie qui décrit simultanément le temps et l'espace.
La nouvelle règle d'Einstein : l'omission du symbole d'accord
Troisième rencontre | Le principe d'équivalence d'Einstein
À propos de la masse _ Masse inertielle et masse gravitationnelle
La vérité sur les expériences de chute libre _ DeSoto et Stevin
Principe d'équivalence - Accélération et intensité du champ gravitationnel
Créer la gravité _ L'apesanteur et les nouveaux champs gravitationnels
Conférences et recherches d'Einstein de 1908 à 1915
Le principe d'équivalence et la réfraction de la lumière : application au système solaire
Quatrième rencontre | Les équations d'Einstein
Marcel Grossmann, un contributeur à la naissance de la relativité générale
L'émergence de la relativité générale : les équations parfaites qui régissent l'univers
Observer la déviation de la lumière : démontrer la puissance de la relativité générale
Dilatation temporelle gravitationnelle - Le temps s'écoule plus lentement dans les endroits où la gravité est plus forte.
Dévoiler le mystère du passage de Mercure au périhélie - 43 secondes
Lentille gravitationnelle : le phénomène qui fait apparaître les galaxies plus grandes.
Le deuxième amour d'Einstein : Elsa, sa femme et secrétaire
La vie d'Einstein en Amérique – fuyant les persécutions nazies
Hilbert : L'infini et l'hôtel infini
Cinquième rencontre | Au cœur des écrits d'Einstein
Observateur accéléré en mécanique newtonienne - Que voit la personne dans le bus ?
Quantification dans l'espace-temps courbe - Description de la courbure de l'espace-temps
Symboles de Peerwein et Christoffel - Introduction de nouveaux symboles
Équations du mouvement d'un observateur en accélération _ Accélération apparente
Différentiation covariante – Une nouvelle définition de la différentiation
Tenseur de Riemann _ proportionnel à la courbure
Les équations d'Einstein : prise en compte de la courbure de l'univers
Sixième rencontre | Trou noir
Trou noir de Schwarzschild - Solution générale des équations d'Einstein
Les trous noirs en mécanique newtonienne : le secret caché dans l'horizon des événements
Héros de la physique des trous noirs : quatre physiciens
Physique des trous noirs : singularités et évaporation des trous noirs
Trou de ver - un tunnel reliant deux points de l'espace-temps
En plus de la réunion
Esquisse d'une théorie de la relativité généralisée et d'une théorie de la gravitation – Article d'Einstein-Grossman, version anglaise
Les fondements de la théorie de la relativité générale – L'article d'Einstein en anglais
Sur le champ gravitationnel d'un point matériel selon la théorie d'Einstein – Version anglaise de l'article de Schwarzschild
Nous avons conclu notre réunion par un excellent article.
Articles cités dans cet ouvrage
Lettres grecques utilisées dans les formules
Présentation des lauréats du prix Nobel de physique
J'espère que vous pourrez comprendre les articles originaux de ces scientifiques de génie.
Créer les équations qui régissent l'univers : une interview surprise avec le Dr Penrose
Première rencontre | La naissance de la géométrie riemannienne
Histoire de la géométrie : documents sur papyrus et géométrie euclidienne
Géométrie non euclidienne : une nouvelle géométrie née de la négation de l’hypothèse des parallèles
L'apparition de Gauss et Riemann : le roi des mathématiques et son élève
Naissance du concept de courbure - Degré de courbure
Système de coordonnées sphériques _ Une méthode de représentation de l'espace tridimensionnel
Seconde rencontre | Espace-temps à quatre dimensions
Les années d'école d'Einstein _ Guide Mileva Maric
Relativité restreinte : le temps s'écoule différemment pour les observateurs
L'espace-temps à quatre dimensions : une nouvelle géométrie qui décrit simultanément le temps et l'espace.
La nouvelle règle d'Einstein : l'omission du symbole d'accord
Troisième rencontre | Le principe d'équivalence d'Einstein
À propos de la masse _ Masse inertielle et masse gravitationnelle
La vérité sur les expériences de chute libre _ DeSoto et Stevin
Principe d'équivalence - Accélération et intensité du champ gravitationnel
Créer la gravité _ L'apesanteur et les nouveaux champs gravitationnels
Conférences et recherches d'Einstein de 1908 à 1915
Le principe d'équivalence et la réfraction de la lumière : application au système solaire
Quatrième rencontre | Les équations d'Einstein
Marcel Grossmann, un contributeur à la naissance de la relativité générale
L'émergence de la relativité générale : les équations parfaites qui régissent l'univers
Observer la déviation de la lumière : démontrer la puissance de la relativité générale
Dilatation temporelle gravitationnelle - Le temps s'écoule plus lentement dans les endroits où la gravité est plus forte.
Dévoiler le mystère du passage de Mercure au périhélie - 43 secondes
Lentille gravitationnelle : le phénomène qui fait apparaître les galaxies plus grandes.
Le deuxième amour d'Einstein : Elsa, sa femme et secrétaire
La vie d'Einstein en Amérique – fuyant les persécutions nazies
Hilbert : L'infini et l'hôtel infini
Cinquième rencontre | Au cœur des écrits d'Einstein
Observateur accéléré en mécanique newtonienne - Que voit la personne dans le bus ?
Quantification dans l'espace-temps courbe - Description de la courbure de l'espace-temps
Symboles de Peerwein et Christoffel - Introduction de nouveaux symboles
Équations du mouvement d'un observateur en accélération _ Accélération apparente
Différentiation covariante – Une nouvelle définition de la différentiation
Tenseur de Riemann _ proportionnel à la courbure
Les équations d'Einstein : prise en compte de la courbure de l'univers
Sixième rencontre | Trou noir
Trou noir de Schwarzschild - Solution générale des équations d'Einstein
Les trous noirs en mécanique newtonienne : le secret caché dans l'horizon des événements
Héros de la physique des trous noirs : quatre physiciens
Physique des trous noirs : singularités et évaporation des trous noirs
Trou de ver - un tunnel reliant deux points de l'espace-temps
En plus de la réunion
Esquisse d'une théorie de la relativité généralisée et d'une théorie de la gravitation – Article d'Einstein-Grossman, version anglaise
Les fondements de la théorie de la relativité générale – L'article d'Einstein en anglais
Sur le champ gravitationnel d'un point matériel selon la théorie d'Einstein – Version anglaise de l'article de Schwarzschild
Nous avons conclu notre réunion par un excellent article.
Articles cités dans cet ouvrage
Lettres grecques utilisées dans les formules
Présentation des lauréats du prix Nobel de physique
Image détaillée
Dans le livre
J'ai découvert tellement de choses incroyables.
J'ai créé un univers nouveau et étrange à partir de rien.
— Une lettre de Boyeo à son père
--- p.28
Mileva Maric, qui devint plus tard l'épouse d'Einstein, entra également dans le même département qu'Einstein cette année-là.
Étant la seule femme de la classe, elle se lia rapidement d'amitié avec Einstein.
Au cours des années suivantes, leur amitié s'est transformée en amour.
--- p.53
L'année 1905 est considérée comme l'année des miracles pour Einstein.
Cette année-là, il publia des articles sur l'effet photoélectrique, le mouvement brownien, la relativité restreinte et l'équivalence de la masse et de l'énergie.
Tous ces articles ont suscité un vif intérêt au sein de la communauté universitaire.
--- p.56
Le lendemain, le London Times qualifiait la théorie de la relativité générale d'Einstein de « révolution scientifique », de « nouvelle théorie de l'univers » et affirmait que « la mécanique newtonienne est brisée », et le 11 novembre, le New York Times louait la théorie d'Einstein avec des déclarations telles que « toute la lumière du ciel est courbée » et « le triomphe de la théorie d'Einstein ».
--- p.114
Si deux personnes vivaient toute leur vie au dernier étage d'un immeuble, tandis que l'autre vivait toute sa vie au rez-de-chaussée, laquelle vivrait le plus longtemps ? Parce que le rez-de-chaussée étant plus proche du centre de la Terre, la gravité y est plus forte et le temps s'y écoule plus lentement.
Cependant, dans les endroits à faible gravité, comme sur Terre, le ralentissement du temps dû à la différence de gravité entre le premier et le dernier étage est à peine perceptible.
--- p.117
À cette époque, Einstein fut nominé sept fois pour le prix Nobel de physique, mais fut souvent rejeté car il estimait qu'il refuserait le prix si la théorie de la relativité n'était pas mentionnée.
Ce n'était qu'une question de temps avant qu'Einstein ne remporte le prix Nobel.
--- p.127
La théorie de la relativité qui vient à l'esprit lorsqu'on pense à Einstein n'était pas le thème de son prix Nobel.
Ironie du sort, il a remporté le prix Nobel pour ses travaux sur l'effet photoélectrique de la lumière.
Le comité du prix Nobel de physique a prétexté que la théorie de la relativité était trop complexe pour être choisie comme sujet de prix Nobel, mais je pense que c'était surtout parce qu'à l'époque, il y avait autant de physiciens qui doutaient de la théorie de la relativité que de physiciens qui y croyaient.
--- p.129
Dans une conférence donnée à Göttingen, en Allemagne, en janvier 1924, Hilbert a donné l'exemple d'un hôtel infini qui permettrait de rendre l'infini facilement compréhensible au grand public.
Il imaginait un hôtel avec un nombre infini de chambres.
Toutes les chambres de cet hôtel sont occupées, il n'y a donc plus de chambres disponibles.
Mais si vous comprenez le concept d'infini, vous pouvez constater que cet hôtel infini peut toujours accueillir de nouveaux clients.
--- p.134
En présence d'un trou noir, la courbure de l'espace-temps augmentera énormément, provoquant une déformation rapide de celui-ci.
Autrement dit, la lumière autour de l'horizon des événements est très fortement déviée.
Tout objet qui pénètre dans l'horizon des événements ne peut en ressortir.
Même dans le cas de la lumière, une fois aspirée par l'horizon des événements, elle ne peut plus en ressortir.
--- p.179
Le diagnostic était celui d'une maladie du motoneurone.
Hawking avait 21 ans à l'époque.
Les médecins lui ont annoncé qu'il ne lui restait qu'environ deux ans à vivre.
Cet incident a plongé Hawking dans la dépression.
Il avait du mal à marcher sans aide, et son élocution était à peine compréhensible.
Mais sa maladie a progressé plus lentement que les médecins ne l'avaient prévu.
Le diagnostic initial, qui prévoyait qu'il ne lui restait que deux ans à vivre, s'est avéré erroné.
--- p.193
En relativité générale, une singularité est un endroit qui ne peut être expliqué par la relativité générale.
(...) La première conclusion à laquelle Hawking est parvenu en appliquant la théorie quantique aux trous noirs a été un résultat très surprenant.
On disait que les trous noirs pouvaient s'évaporer et disparaître.
--- p.199
Aux États-Unis, Wheeler estimait qu'il serait plus logique de considérer le pont Einstein-Rosen non pas comme un tunnel menant à un autre univers, mais comme un tunnel ramenant à notre univers.
Et le tunnel reliant deux points de l'espace-temps fut nommé trou de ver.
J'ai créé un univers nouveau et étrange à partir de rien.
— Une lettre de Boyeo à son père
--- p.28
Mileva Maric, qui devint plus tard l'épouse d'Einstein, entra également dans le même département qu'Einstein cette année-là.
Étant la seule femme de la classe, elle se lia rapidement d'amitié avec Einstein.
Au cours des années suivantes, leur amitié s'est transformée en amour.
--- p.53
L'année 1905 est considérée comme l'année des miracles pour Einstein.
Cette année-là, il publia des articles sur l'effet photoélectrique, le mouvement brownien, la relativité restreinte et l'équivalence de la masse et de l'énergie.
Tous ces articles ont suscité un vif intérêt au sein de la communauté universitaire.
--- p.56
Le lendemain, le London Times qualifiait la théorie de la relativité générale d'Einstein de « révolution scientifique », de « nouvelle théorie de l'univers » et affirmait que « la mécanique newtonienne est brisée », et le 11 novembre, le New York Times louait la théorie d'Einstein avec des déclarations telles que « toute la lumière du ciel est courbée » et « le triomphe de la théorie d'Einstein ».
--- p.114
Si deux personnes vivaient toute leur vie au dernier étage d'un immeuble, tandis que l'autre vivait toute sa vie au rez-de-chaussée, laquelle vivrait le plus longtemps ? Parce que le rez-de-chaussée étant plus proche du centre de la Terre, la gravité y est plus forte et le temps s'y écoule plus lentement.
Cependant, dans les endroits à faible gravité, comme sur Terre, le ralentissement du temps dû à la différence de gravité entre le premier et le dernier étage est à peine perceptible.
--- p.117
À cette époque, Einstein fut nominé sept fois pour le prix Nobel de physique, mais fut souvent rejeté car il estimait qu'il refuserait le prix si la théorie de la relativité n'était pas mentionnée.
Ce n'était qu'une question de temps avant qu'Einstein ne remporte le prix Nobel.
--- p.127
La théorie de la relativité qui vient à l'esprit lorsqu'on pense à Einstein n'était pas le thème de son prix Nobel.
Ironie du sort, il a remporté le prix Nobel pour ses travaux sur l'effet photoélectrique de la lumière.
Le comité du prix Nobel de physique a prétexté que la théorie de la relativité était trop complexe pour être choisie comme sujet de prix Nobel, mais je pense que c'était surtout parce qu'à l'époque, il y avait autant de physiciens qui doutaient de la théorie de la relativité que de physiciens qui y croyaient.
--- p.129
Dans une conférence donnée à Göttingen, en Allemagne, en janvier 1924, Hilbert a donné l'exemple d'un hôtel infini qui permettrait de rendre l'infini facilement compréhensible au grand public.
Il imaginait un hôtel avec un nombre infini de chambres.
Toutes les chambres de cet hôtel sont occupées, il n'y a donc plus de chambres disponibles.
Mais si vous comprenez le concept d'infini, vous pouvez constater que cet hôtel infini peut toujours accueillir de nouveaux clients.
--- p.134
En présence d'un trou noir, la courbure de l'espace-temps augmentera énormément, provoquant une déformation rapide de celui-ci.
Autrement dit, la lumière autour de l'horizon des événements est très fortement déviée.
Tout objet qui pénètre dans l'horizon des événements ne peut en ressortir.
Même dans le cas de la lumière, une fois aspirée par l'horizon des événements, elle ne peut plus en ressortir.
--- p.179
Le diagnostic était celui d'une maladie du motoneurone.
Hawking avait 21 ans à l'époque.
Les médecins lui ont annoncé qu'il ne lui restait qu'environ deux ans à vivre.
Cet incident a plongé Hawking dans la dépression.
Il avait du mal à marcher sans aide, et son élocution était à peine compréhensible.
Mais sa maladie a progressé plus lentement que les médecins ne l'avaient prévu.
Le diagnostic initial, qui prévoyait qu'il ne lui restait que deux ans à vivre, s'est avéré erroné.
--- p.193
En relativité générale, une singularité est un endroit qui ne peut être expliqué par la relativité générale.
(...) La première conclusion à laquelle Hawking est parvenu en appliquant la théorie quantique aux trous noirs a été un résultat très surprenant.
On disait que les trous noirs pouvaient s'évaporer et disparaître.
--- p.199
Aux États-Unis, Wheeler estimait qu'il serait plus logique de considérer le pont Einstein-Rosen non pas comme un tunnel menant à un autre univers, mais comme un tunnel ramenant à notre univers.
Et le tunnel reliant deux points de l'espace-temps fut nommé trou de ver.
--- p.201
Avis de l'éditeur
★ Recommandé par la National Science Teachers Association ★ Cours de sciences conviviaux et individuels
★ Un ouvrage incontournable pour ceux qui envisagent des études scientifiques ou d'ingénierie ★ Comprend les versions anglaises d'articles primés par le prix Nobel
Le prix Nobel de physique a été décerné trois fois au cours de la dernière décennie pour la théorie de la relativité générale.
Lisez des articles originaux rédigés par des lauréats du prix Nobel et apprenez comme un scientifique.
Il existe en sciences une méthode d'apprentissage appelée « suivre le scientifique ».
On peut citer comme exemples les activités d'investigation ou la recherche et l'expérimentation couramment utilisées dans les cours de sciences.
L'une des nouvelles façons d'imiter les scientifiques consiste à lire des articles originaux rédigés par des lauréats du prix Nobel.
Il n'est pas facile de faire comprendre aux étudiants le texte original d'une théorie complexe comme la théorie de la relativité.
Heureusement, la théorie de la relativité a été introduite dans le programme scolaire actuel du secondaire, de sorte que les principes et les phénomènes de base sont déjà enseignés à l'école.
Elle est relativement familière aux étudiants, hormis les connaissances très spécialisées. La théorie de la relativité restreinte a été publiée par Einstein en 1905.
Einstein a été le premier à introduire le concept d'espace-temps et à découvrir que le temps s'écoule différemment pour les observateurs en mouvement et ceux qui sont immobiles.
La relativité restreinte n'est valable que dans le cas particulier où un observateur en mouvement se déplace à vitesse constante.
Einstein a donc étendu cette théorie afin qu'elle puisse également être valable en présence d'accélération.
Cette théorie est appelée relativité générale car c'est la théorie de la relativité la plus générale.
La relativité générale est une théorie qui résout les problèmes liés à l'univers, aux corps célestes, etc.
Au cours de la dernière décennie, trois prix Nobel ont été décernés pour des travaux sur la relativité générale.
Des prix conjoints ont été décernés en 2020, 2019 et 2017.
Cela peut s'expliquer par le fait que de nombreuses réussites ont été accumulées récemment et que leurs effets sont considérables.
Dans ce contexte historique et à travers les méthodes d'apprentissage scientifique, cet ouvrage présente les concepts fondamentaux de la théorie de la relativité générale d'Einstein, ainsi que le texte original de l'article et des anecdotes historiques et issues de travaux de chercheurs connexes.
Plusieurs références photographiques sont également utiles.
Cela évite aux lecteurs d'être intimidés par des idées préconçues ou de s'ennuyer à la lecture.
Cela peut s'avérer difficile si vous n'êtes pas familiarisé avec les formules qui sont inévitablement introduites, mais les explications sont données de manière conviviale afin que les lecteurs ayant un niveau de mathématiques de lycée puissent le lire.
J’espère que ce livre vous permettra d’acquérir une précieuse expérience en matière de pensée scientifique et d’immersion dans les théories scientifiques.
Le chemin le plus court dans un espace courbe n'est pas une ligne droite, mais une courbe !
Une nouvelle géométrie qui a joué un rôle clé dans l'achèvement de la relativité générale
La somme des angles intérieurs d'un triangle est de 180 degrés.
Il s'agit d'une propriété fondamentale des triangles que l'on apprend à l'école.
Mais que se passerait-il si vous dessiniez un triangle sur la selle d'un cheval ? Ou sur un ballon de football ? La somme des angles intérieurs du triangle serait soit inférieure, soit supérieure à 180 degrés.
Dans un plan, il n'existe qu'une seule droite parallèle à un point situé à l'extérieur d'une droite.
Euclide a démontré d'innombrables théorèmes en se basant sur cette hypothèse des droites parallèles, pourtant indémontrable.
Il s'agit de la géométrie euclidienne que nous avons tenue pour acquise.
Depuis lors, de nombreux mathématiciens ont tenté de prouver l'hypothèse des droites parallèles, mais sans succès.
Cependant, certains chercheurs ont rejeté l'hypothèse du parallèle et ont créé une nouvelle géométrie.
Il s'agit de la géométrie non euclidienne, née des recherches de Boyai, Lobachevsky et d'autres.
Gauss et son disciple Riemann ont étudié la courbure dans la géométrie non euclidienne.
La géométrie riemannienne, que Riemann a achevée, a par la suite joué un rôle majeur dans la généralisation de la relativité restreinte, c'est-à-dire dans l'achèvement de la relativité générale.
Grossmann, mathématicien et ami proche d'Einstein, était une autorité en matière de géométrie riemannienne.
C'est lui qui a introduit la géométrie riemannienne à Einstein, laquelle a joué un rôle crucial dans le développement de la théorie de la relativité générale d'Einstein.
Leur collaboration a abouti à un article novateur publié en 1913.
Ce livre sera une excellente occasion d'apprendre comment Einstein communiquait avec ses collègues, résolvait les problèmes et développait ses théories.
Les trous noirs : l'un des sujets les plus fascinants et pourtant les plus méconnus de la physique moderne.
Plongeons-nous dans la théorie de la relativité générale qui a prédit l'existence des trous noirs !
En 1783, le scientifique britannique Michel proposa le concept d'une étoile dotée d'une gravité si forte que même la lumière ne peut s'en échapper.
On l'appelait une étoile noire, et c'était la première étude d'un trou noir.
En 1967, Wheeler, professeur de physique à l'université de Princeton, a utilisé pour la première fois le terme « trou noir » lors d'un discours à l'Institut Goddard d'études spatiales de la NASA.
Le physicien britannique Roger Penrose a remporté le prix Nobel de physique 2020 pour avoir prouvé la possibilité théorique des trous noirs grâce à la relativité générale.
Kip Thorne, physicien américain lauréat du prix Nobel de physique 2017, a participé à la production du film Interstellar (2014), qui aborde les thèmes des trous noirs et du voyage dans le temps.
Stephen Hawking, le physicien britannique célèbre pour son ouvrage « Une brève histoire du temps », a contribué à l'étude des singularités et des trous noirs.
La découverte par Schwarzschild des solutions aux équations d'Einstein a donné naissance à la physique des trous noirs.
Les trous noirs constituent l'un des sujets de recherche les plus fascinants et pourtant les moins explorés de la physique moderne ! L'humanité a découvert l'existence des trous noirs grâce à la théorie de la relativité générale d'Einstein.
Commençons notre voyage à travers l'univers avec la théorie de la relativité générale d'Einstein !
★ Un ouvrage incontournable pour ceux qui envisagent des études scientifiques ou d'ingénierie ★ Comprend les versions anglaises d'articles primés par le prix Nobel
Le prix Nobel de physique a été décerné trois fois au cours de la dernière décennie pour la théorie de la relativité générale.
Lisez des articles originaux rédigés par des lauréats du prix Nobel et apprenez comme un scientifique.
Il existe en sciences une méthode d'apprentissage appelée « suivre le scientifique ».
On peut citer comme exemples les activités d'investigation ou la recherche et l'expérimentation couramment utilisées dans les cours de sciences.
L'une des nouvelles façons d'imiter les scientifiques consiste à lire des articles originaux rédigés par des lauréats du prix Nobel.
Il n'est pas facile de faire comprendre aux étudiants le texte original d'une théorie complexe comme la théorie de la relativité.
Heureusement, la théorie de la relativité a été introduite dans le programme scolaire actuel du secondaire, de sorte que les principes et les phénomènes de base sont déjà enseignés à l'école.
Elle est relativement familière aux étudiants, hormis les connaissances très spécialisées. La théorie de la relativité restreinte a été publiée par Einstein en 1905.
Einstein a été le premier à introduire le concept d'espace-temps et à découvrir que le temps s'écoule différemment pour les observateurs en mouvement et ceux qui sont immobiles.
La relativité restreinte n'est valable que dans le cas particulier où un observateur en mouvement se déplace à vitesse constante.
Einstein a donc étendu cette théorie afin qu'elle puisse également être valable en présence d'accélération.
Cette théorie est appelée relativité générale car c'est la théorie de la relativité la plus générale.
La relativité générale est une théorie qui résout les problèmes liés à l'univers, aux corps célestes, etc.
Au cours de la dernière décennie, trois prix Nobel ont été décernés pour des travaux sur la relativité générale.
Des prix conjoints ont été décernés en 2020, 2019 et 2017.
Cela peut s'expliquer par le fait que de nombreuses réussites ont été accumulées récemment et que leurs effets sont considérables.
Dans ce contexte historique et à travers les méthodes d'apprentissage scientifique, cet ouvrage présente les concepts fondamentaux de la théorie de la relativité générale d'Einstein, ainsi que le texte original de l'article et des anecdotes historiques et issues de travaux de chercheurs connexes.
Plusieurs références photographiques sont également utiles.
Cela évite aux lecteurs d'être intimidés par des idées préconçues ou de s'ennuyer à la lecture.
Cela peut s'avérer difficile si vous n'êtes pas familiarisé avec les formules qui sont inévitablement introduites, mais les explications sont données de manière conviviale afin que les lecteurs ayant un niveau de mathématiques de lycée puissent le lire.
J’espère que ce livre vous permettra d’acquérir une précieuse expérience en matière de pensée scientifique et d’immersion dans les théories scientifiques.
Le chemin le plus court dans un espace courbe n'est pas une ligne droite, mais une courbe !
Une nouvelle géométrie qui a joué un rôle clé dans l'achèvement de la relativité générale
La somme des angles intérieurs d'un triangle est de 180 degrés.
Il s'agit d'une propriété fondamentale des triangles que l'on apprend à l'école.
Mais que se passerait-il si vous dessiniez un triangle sur la selle d'un cheval ? Ou sur un ballon de football ? La somme des angles intérieurs du triangle serait soit inférieure, soit supérieure à 180 degrés.
Dans un plan, il n'existe qu'une seule droite parallèle à un point situé à l'extérieur d'une droite.
Euclide a démontré d'innombrables théorèmes en se basant sur cette hypothèse des droites parallèles, pourtant indémontrable.
Il s'agit de la géométrie euclidienne que nous avons tenue pour acquise.
Depuis lors, de nombreux mathématiciens ont tenté de prouver l'hypothèse des droites parallèles, mais sans succès.
Cependant, certains chercheurs ont rejeté l'hypothèse du parallèle et ont créé une nouvelle géométrie.
Il s'agit de la géométrie non euclidienne, née des recherches de Boyai, Lobachevsky et d'autres.
Gauss et son disciple Riemann ont étudié la courbure dans la géométrie non euclidienne.
La géométrie riemannienne, que Riemann a achevée, a par la suite joué un rôle majeur dans la généralisation de la relativité restreinte, c'est-à-dire dans l'achèvement de la relativité générale.
Grossmann, mathématicien et ami proche d'Einstein, était une autorité en matière de géométrie riemannienne.
C'est lui qui a introduit la géométrie riemannienne à Einstein, laquelle a joué un rôle crucial dans le développement de la théorie de la relativité générale d'Einstein.
Leur collaboration a abouti à un article novateur publié en 1913.
Ce livre sera une excellente occasion d'apprendre comment Einstein communiquait avec ses collègues, résolvait les problèmes et développait ses théories.
Les trous noirs : l'un des sujets les plus fascinants et pourtant les plus méconnus de la physique moderne.
Plongeons-nous dans la théorie de la relativité générale qui a prédit l'existence des trous noirs !
En 1783, le scientifique britannique Michel proposa le concept d'une étoile dotée d'une gravité si forte que même la lumière ne peut s'en échapper.
On l'appelait une étoile noire, et c'était la première étude d'un trou noir.
En 1967, Wheeler, professeur de physique à l'université de Princeton, a utilisé pour la première fois le terme « trou noir » lors d'un discours à l'Institut Goddard d'études spatiales de la NASA.
Le physicien britannique Roger Penrose a remporté le prix Nobel de physique 2020 pour avoir prouvé la possibilité théorique des trous noirs grâce à la relativité générale.
Kip Thorne, physicien américain lauréat du prix Nobel de physique 2017, a participé à la production du film Interstellar (2014), qui aborde les thèmes des trous noirs et du voyage dans le temps.
Stephen Hawking, le physicien britannique célèbre pour son ouvrage « Une brève histoire du temps », a contribué à l'étude des singularités et des trous noirs.
La découverte par Schwarzschild des solutions aux équations d'Einstein a donné naissance à la physique des trous noirs.
Les trous noirs constituent l'un des sujets de recherche les plus fascinants et pourtant les moins explorés de la physique moderne ! L'humanité a découvert l'existence des trous noirs grâce à la théorie de la relativité générale d'Einstein.
Commençons notre voyage à travers l'univers avec la théorie de la relativité générale d'Einstein !
SPÉCIFICATIONS DES PRODUITS
- Date d'émission : 20 novembre 2024
Nombre de pages, poids, dimensions : 324 pages | 480 g | 152 × 215 × 20 mm
- ISBN13 : 9791193357392
- ISBN10 : 119335739X
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