• JC Duval

Kezako : E = MC²

"Alors, d'un seul coup je me penche au dessus de la rambarde, les mains en porte-voix, et hurle : e=mc², mon amour."

Patrick Cauvin (1932 - 2010)

 

Cette formule a été portée au grand jour en 1905 par Einstein, durant son année miraculeuse.

C'est une des formules les plus célèbres de la physique.

 

Masse et énergie


1ere constatation, la formule E = MC² établit une relation entre l'énergie E et la masse M. Un objet possède donc de l'énergie due au fait qu'il a une masse.


Cependant, l'égalité a deux sens de lecture :

• La masse correspond à de l'énergie

MC² --> E

• L'énergie correspond à de la masse

E --> MC²

 

MC² -> E


Lorsque l'on chauffe un corps, le corps perd de la masse. Il perd de la masse sous forme de lumière, même si la lumière n'a pas de masse. La lumière est une onde qui diffuse l'énergie par son rayonnement. Un corps peut donc perdre de la masse simplement parce qu'il perd de l'énergie. Les étoiles en sont un bon exemple. La masse mesure donc la quantité d'énergie d'un corps et non plus sa quantité de matière, ainsi un corps a une énergie de masse dès lors qu'il a une masse non nulle.

C'est ce qui se passe dans les centrales nucléaires. La fission nucléaire permet de transformer un noyau d'uranium en composants plus légers, sachant que la masse des différents résultants est plus petite que la masse du noyau dont ils sont issus. La masse manquante s'est transformée en énergie, en l'occurence en énergie cinétique.

 

E -> MC²


Contrairement à ce que l'on entend trop souvent, ce n'est pas la masse qui se conserve, mais c'est l'énergie. Même si cela parait contre-intuitif, l'énergie cinétique transportée par un corps peut se transformer en matière.

Par exemple, voyons ce qui se passe dans un accélérateur comme le LHC. Lorsque 2 particules se rencontrent à des vitesses proches de la lumière, l'énergie cinétique qu'elles transportent se transforme en matière, c'est à dire en de nouvelles particules.

Ces particules ne sont pas issues du contenu des particules incidentes, elles sont tout simplement issues de la transformation de l'énergie cinétique des particules qui se sont entre-choquées.

Collision entre 2 particules.

E.Klein au tableau (Source : Universcience.TV)

 

C constante universelle


2eme constatation, dans E = MC², la vitesse de la lumière joue le rôle de coefficient entre l'énergie E et la masse M.


On voit que l'on manipule le carré de la constante 'C', ce qui veut dire que l'énergie associée à la masse est colossale.

1 gramme de matière contient une énergie phénoménale, mais il faut bien se rendre compte qu'elle nous est cachée - elle est interne - et qu'à notre niveau nous ne percevons que les différences de potentiel. Pour exemple, un électricien lorsqu'il travaille sur les lignes hautes tensions ne se rend pas compte de l'énergie électrique qui passe dans les câbles, sauf à mettre le pied au sol et faire prise de terre :(. Pour l'énergie contenue dans la matière c'est analogue, même si les forces nucléaires sont cachées, la cohésion de la matière est assurée par cette énergie. Toute cette puissance peut cependant être exploitée au travers de la fission nucléaire et utilisée dans les centrales ou encore les bombes atomiques.


Nous avons vu plus haut, qu'un objet possède de l'énergie au seul fait qu'il a une masse.

Avant l'arrivée d'Einstein et comme l'avait postulé Newton, on considérait que l'inertie était équivalente à la masse. Pour rappel, l'inertie permet de mesurer l'effort nécessaire pour mettre en mouvement un corps à l'arrêt ou en modifier le mouvement s'il est en déplacement.

Einstein considère que l'inertie n'est pas seulement liée à la masse mais plus globalement qu'elle est liée à l'énergie, sachant que par énergie on entend l'énergie du corps au repos couplée à son énergie cinétique.

Pour calculer l'inertie d'un corps ayant une vitesse très petite devant celle de la lumière, Einstein et Newton arrivent pratiquement au même résultat.

Comme l'énergie cinétique d'un corps dépend de sa vitesse, cela veut dire que plus sa vitesse augmente, plus son inertie augmente et qu'il est donc de plus en plus difficile de l'accélérer. Il existe ainsi une limite que l'on ne peut pas dépasser, la vitesse 'C'. Un corps ne peut pas se déplacer plus vite que la vitesse de la lumière.


Finalement, 'C' ne correspond pas seulement à la vitesse de la lumière, 'C' prend désormais le statut de constante physique universelle.

'C' est la vitesse limite du déplacement de tout corps dans l'espace.


E.Klein au tableau (Source : Universcience.TV)


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