Prenons un autre exemple qui explique à la fois la contraction du temps et de
l'espace, ainsi que la notion de simultanéité qui peut être
différent selon le référentiel choisi
Nous sommes dans l'espace intergalactique, éloignés de toutes forces gravitationnelles.
Deux vaisseaux spatiaux distants de quelques années-lumière, sont arrêtés l'un par rapport à
l'autre
Dans chaque vaisseau, on s'apprête à expulser un spationaute (Jacques et Paul) à la vitesse
de 86% de la lumière pour rejoindre l'autre vaisseau. Ils se mettent d'accord pour synchroniser
leur montre pour que le départ soit simultané. Jacques et Paul ont un chronomètre et le déclenchent
lors de leur expulsion
Après la phase d'accélération qui les poussera à 86% de la vitesse de la lumière, leur vitesse
sera constante et éternelle si aucune autre force ne vient les ralentir, les accélérer ou les
dévier. Cependant, ils auront l'impression d'être immobiles et peuvent se considérer comme tel
car leur mouvement n'est pas accéléré
Nous avons ici trois référentiels différents:
- du point de vue des vaisseaux spatiaux
- du point de vue de Jacques
- du point de vue de Paul
Dans le référentiel des vaisseaux:
- Jacques et Paul démarrent leur chronomètre au même moment.
- Les chronos de Jacques et Paul indiquent à chaque instant le même temps et donc lorsqu'ils
se rencontrent leur chronos affichent le même temps mais retardent par rapport
aux chronos restés dans les vaisseaux (même exemple que le voyage de jaro).
Dans le référentiel de Jacques à la vitesse constante de 86% de la lumière
- Jacques peut se considérer comme immobile et voit Paul arrivé vers lui à la vitesse de 99% de
la lumière (les vitesses ne s'additionnent pas).
- Le chrono de Paul qui est en mouvement par rapport au référentiel de Jacques va donc plus
lentement que celui de Jacques (deux fois moins vite dans notre cas (voir le voyage de Jaro)
- Les chronos des vaisseaux qui sont également en mouvement selon Jacques vont plus lentement
que celui de Jacques (voir le voyage de Jaro)
- Le déclenchement simultané des chronos de Jacques et de Paul s'est fait dans le référentiel
des vaisseaux et comme jacques est passé dans un autre référentiel cet évènement n'est plus
simultané. Dans ce nouveau référentiel, Jacques déclenche bien plus tard son chrono que Paul.
- La lenteur du chrono de Paul et le fait que Paul ait déclenché son chronomètre bien avant Jacques
font que lors de leur rencontre, leur chronomètre affichent le même temps passé dans l'espace
Dans le référentiel de Paul à la vitesse constante de 86% de la lumière
Idem que précédemment sauf que les prénoms sont inversés.
En dehors de la contraction de l'espace-temps, une très grande vitesse entraîne une augmentation de la masse. Aucun corps ne peut atteindre la vitesse de la lumière sans quoi sa masse deviendrait infinie. La lumière est un composé à part: elle est constituée de photons, des particules dépourvues de masse.
Dans sa relativité restreinte, Albert Einstein a découvert une nouvelle forme d'énergie: l'énergie de masse. Tous corps stationnaires possèdent une énergie. On ne la remarque pas parce qu'elle n'est pas émise sauf dans le cas d'une fission nucléaire (bombe nucléaire). La quantité d'énergie de tous corps est donnée par la célèbre formule:
- E=MC2
- E est l'énergie de masse
- M est la masse de l'objet
- C est la vitesse de la lumière
La relativité générale
En 1913, Albert Einstein, grâce à la relativité restreinte, inventa une nouvelle théorie pour expliquer la gravitation. Il découvrit que les corps massifs comme la terre ou le soleil agissent sur le cadre de l'espace-temps.
Ainsi la masse du soleil déforme l'espace et le temps autour de lui en le creusant comme une bille de métal sur un tissu élastique. Les planètes, qui tournent autour de lui, vont en réalité en ligne droite. Mais étant obligées de suivre les lignes d'espace, elles parcourent ainsi une trajectoire circulaire tout comme
le cycliste qui sans changer de direction épouse les virages relevés de la piste du vélodrome. Ceci n'est qu'une métaphore, la piste n'a que deux dimensions, l'espace-temps en possède quatre et nous sommes bien incapables d'imaginer quatre dimensions courbées. Plus la masse est importante, plus le "creux" est profond, plus l'espace se rétrécit et moins le temps passe vite.
Albert Einstein démontra également que les distorsions gravitationnelles ne sont pas instantanées mais vont à la vitesse de la lumière. Si le soleil disparaissait tout d'un coup, les conséquences gravitationnelles se feraient sentir sur terre que 8 minutes plus tard, en même temps que parviendrait l'information visuelle.
Comme une masse déforme l'espace-temps, celui-ci change le mouvement de la masse, ce changement de mouvement affecte de nouveau l'espace-temps et ainsi de suite. Par ce raisonnement et le truchement de ses équations, Einstein put décrire l'évolution de l'univers. Il en vînt à la conclusion que l'univers doit changer de taille avec le temps. Et si on remontait dans le temps, on verrait l'univers devenir de plus en plus petit pour ne devenir qu'un seul point. C'est la théorie du big-bang
La déformation du temps et de l'espace est donc la conséquence de deux phénomènes: la vitesse et la quantité de masse. Cependant ces effets ne nous sont pas perceptibles dans la vie de tous les jours. Pour que ça soit le cas il faut que les vitesses et les masses mis en jeu soit considérables.
Pour que le temps ralentit d'une façon mesurable il faut que la vitesse soit au moins égale à un 1/10ème de celle de la lumière. Ce temps qui est élastique, n'est pas un temps abstrait. C'est le temps physique, celui qui contrôle le vieillissement de nos corps: deux personnes peuvent bel et bien vieillir à des rythmes différents si leur milieux diffèrent
La déformation de l'espace par une masse a été vérifié en 1919, lors d'une éclipse du soleil. Des mesures ont permis de montrer que les rayons d'une étoile située en arrière plan de l'éclipse ont bel et bien été déviés par la masse imposante du soleil. Ce qui a validé la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein.
Quant à la dilatation du temps elle a été vérifiée dans les années 60 en synchronisant deux horloges atomiques. L'une d'elles a été placé dans un avion de la NASA volant à très grandes vitesses. Revenue sur terre, l'horloge de l'avion retardait d'une fraction de seconde par rapport à l'autre restée sur terre...
