Selon Einstein, les équations de Maxwell ne précisent pas par rapport à quel référentiel les ondes électromagnétiques se propagent, tout simplement par ce qu’il n’y a pas besoin de le préciser, les ondes électromagnétiques se propagent à la célérité c par rapport à n’importe quel référentiel. Ceci est totalement contre-intuitif, et stupéfiant et remet en cause tous les principes de la mécanique classique.
Il pose, dans son article de 1905, le principe de relativité restreinte basé sur deux postulats:
– les lois de la physique sont les mêmes dans tous les référentiels galiléens
– la vitesse de la lumière est la même dans tous les référentiels.
Cela aboutit aux transformations de Lorentz, qui permettent de passer d’un référentiel galiléen à un autre.
Il s’agit donc maintenant de reformuler les équations de la mécanique classique pour respecter l’invariance relativiste.
Quand nous changeons de référentiel galiléen, le temps et l’espace ne se modifient pas de manière indépendante l’un de l’autre. On parle alors de l’espace-temps. Tout se passe comme si nous tournions tout l’espace-temps d’un certain angle.
Chaque grandeur en mécanique se voit attribuer une composante temporelle et devient un quadrivecteur. Un quadrivecteur se transforme d’une manière particulière dans un changement de référentiel.
Il faut donc reformuler les lois de la mécanique classique en des lois faisant intervenir des quadrivecteurs, pour avoir des lois invariantes par transformation de Lorentz.