next up previous contents index
Next: Fonctions différentiables Up: Applications différentiablesdifféomorphismes Previous: Définition

Difféomorphismes et changements de coordonnées

Il existe deux cas particuliers particulièrement intéressants.

Le premier est celui où M et N coï ncident. Dans ce cas, il peut se faire que l'application différentiable tex2html_wrap_inline10233 soit non seulement différentiable mais encore bijective et que son inverse soit également différentiable. On dit alors que tex2html_wrap_inline10235 est un difféomorphisme . Notons qu'une application différentiable est automatiquement continue et que, par conséquent, un difféomorphisme est automatiquement un homéomorphisme. Il est facile de vérifier que l'ensemble des difféomorphismes d'une variété différentiable M constitue un groupe pour la composition des applications. On note ce groupe tex2html_wrap_inline10239 ; c'est un sous groupe de l'ensemble tex2html_wrap_inline10241 des homéomorphismes de M. Notons qu'il existe une correspondance assez subtile entre difféomorphismes d'une part - qui sont des transformations que l'on appelait autrefois ``actives'' car elles transforment les points de M en d'autres points de M - et changements de coordonnées - qui sont des transformations que l'on appelait autrefois ``passives'' car elles ne transforment pas les points de M mais résultent seulement d'un changement de carte.

Il est à peu près évident que ces deux notions coï ncident dans le cas où M est l'espace tex2html_wrap_inline10253 lui-même (muni de la structure différentiable définie par une unique carte canonique, l'application identique). Examinons de plus près le cas général. Les cartes étant elles-mêmes des difféomorphismes locaux entre ouverts de M et ouverts de tex2html_wrap_inline10257 , effectuer un changement de carte (changement de système de coordonnées) se traduit par un difféomorphisme local y(x) de tex2html_wrap_inline10261 . Par contre, un difféomorphisme de M est, par définition, une notion globale qui se traduit elle-aussi, après choix de cartes, par un difféomorphisme local de tex2html_wrap_inline10265 . L'équivalence des points de vue ``actifs'' et ``passifs'' n'existe donc que pour tex2html_wrap_inline10267 et il semble préférable d'éviter cette terminologie. Une idée physique fondamentale, à la base de la théorie de la relativité générale est que les équations de la physique doivent pouvoir s'écrire de façon tout à fait indépendante de l'observateur, quelle que soit l'état de mouvement de ce dernier. Traduite en termes de coordonnées, ce ``Principe de Relativité Générale'' a souvent été exprimé de par le passé comme affirmant l'indépendance des lois de la physique par rapport aux changements de systèmes de coordonnées. Une telle affirmation manque de précision, dès lors qu'on travaille sur une variété quelconque et non sur un espace numérique. Il semble d'ailleurs qu'A. Einstein lui-même n'ait jamais pu exprimer correctement ce principe de façon vraiment précise et moderne (cela n'enlève rien à son génie!). Le principe en question peut s'énoncer ainsi: l'espace-temps étant décrit par une variété différentiable, les lois de la physique doivent être invariantes sous l'action du groupe des difféomorphismes de cette variété.


next up previous contents index
Next: Fonctions différentiables Up: Applications différentiablesdifféomorphismes Previous: Définition

Robert Coquereaux
Thu Jun 20 15:52:24 MEST 2002