Pourquoi si je pousse tire tourne un long objet lautre bout ne se met pas instantanément à bouger donc plus vite que

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Pourquoi si je pousse/tire/tourne un long objet, l’autre bout ne se met pas instantanément à bouger, donc plus vite que la lumière ?

Parce que dans tout objet constitué d’atomes, une force mécanique se transmet beaucoup, beaucoup plus lentement que la vitesse de la lumière. A la vitesse du son dans ce matériau, en fait.

Lorsque vous exercez une force à l’extrémité de votre objet, vous l’exercez sur les atomes à cette extrémité, qui sont liés à ceux qui sont un peu plus loin par des liaisons chimiques qui se comportent comme des ressorts. C’est en allongeant ou raccourcissant ces ressorts que votre force va s’appliquer aux atomes qui sont un peu plus loin, mais leur inertie (ou masse) va les empêcher de bouger instantanément. Jouez avec un poids suspendu à un élastique pour comprendre.

Le mouvement retardé des atomes va se propager ainsi de proche en proche jusqu’à l’autre extrémité de votre objet sous la forme d’une Onde mécanique progressive exactement à la vitesse du son , puisque c’est exactement comme ça que se transmet un son dans un matériau. La Vitesse du son maximale dans un matériau connu est de 18km/s dans le diamant. On est loin des 300'000 km/s de la lumière. Dans le neutronium , la vitesse du son pourrait atteindre 173'000 km/s[1] . “Seulement”.

Et si vous essayez de faire tourner votre objet, en plus du problème ci-dessus (et de la résistance des matériaux qui ne permet pas non plus de faire tourner un objet beaucoup plus vite que la vitesse du son) vous allez rencontrer le Paradoxe d’Ehrenfest .

Ce Monsieur a montré en 1909 que la relativité d’Einstein ne permettait tout simplement pas à des objets rigides de tourner ! C’est embêtant … Born a du carrément redéfinir la notion de rigidité en relativité, mais Fritz Noether (le frère de la fameuse Emily Noether ) et Gustav Herglotz ont pondu un théorème assez embêtant malgré tout : selon la relativité, même un objet rigide au sens de Born ne peut pas être accéléré en rotation. Il ne peut tourner qu’à vitesse constante, et dans ce cas il ne peut même pas être accéléré linéairement en restant en un seul morceau !

Une fois qu’on connaît le paradoxe d’Ehenrenfest, on se demande pourquoi les roues de notre voiture ne se désintègrent pas sous l’effet de la relativité… Heureusement, à faible vitesse les liaisons chimiques entre atomes sont plus fortes que cet effet relativiste, mais si on étudie des objets tournant très vite comme les étoiles à neutrons par exemple, on s’aperçoit que le neutronium dont on parlait plus haut ne peut pas être un solide. C’est forcément un liquide.

Bref votre objet ne peut bouger que très lentement, ou se désintégrer, au choix.

Notes de bas de page

[1] Is the speed of sound almost as high as the speed of light in neutron stars?