Eloi Babin

«[La relativité générale] décrit la naissance de notre univers, son expansion et son avenir» Alan Dressler, Institut Carnegie Observatories

Définition :

La relativité générale d’Albert Einstein veut que toutes les lois physiques de l’univers soient dépendantes d’un référentiel à quatre dimensions : les trois de l’espace et le temps.

Explication :

Dans l’idée d’Einstein, l’espace-temps est une toile de fond présente partout dans l’univers. Elle est déformée par tout ce qui a une masse. Tout déplacement d’un objet se fait donc relativement à l’espace-temps ; la perception qu’on a de celui-ci est différente en fonction de la vitesse. Plus on va vite, moins on a la sensation du changement du temps. Tout cela est en revanche déformé par tout ce qui est massif : c’est l’idée de la gravitation.

Perception de la relativité à l’espace-temps :

Image issue d’un article de Bordeaux 167, par Lary, le 14 janvier 2019

Cette image illustre la perception de l’espace-temps d’Einstein : la toile est l’espace-temps lui-même, sur lequel sont posés des objets plus ou moins massifs.

Schéma illustrant l’attraction gravitationnelle

Schéma réalisé avec le logiciel Paint 3D

La ligne noire matérialise l’espace-temps. Le creux à gauche illustre une planète, le canyon à droite, un trou noir.

Les lignes de couleur sont des «coureurs» : un marathonien (jaune), et Usain Bolt (rouge). La jaune représente de la matière, la rouge un photon.

Le fossé sera un obstacle «fatal» pour le coureur lent : il tombe au fond : ceci illustre la gravité exercée par une planète sur de la matière.

Le photon est dévié par le fossé, qui n’arrête pas sa course : c’est une lentille gravitationnelle.

Le canyon est infranchissable pour tous : sa force de gravité attire tout au fond.

Lors de leur chute, les deux objets atteindront la même vitesse : la matière qui a dépassé l’horizon d’un trou noir atteint la vitesse de la lumière. Le temps s’écoule extrêmement lentement, au point de devenir figé, sous l’effet de la vitesse.

Que représentent alors les différences d’écoulement du temps ? Il s’agit d’un effet dû à la vitesse : quand on accélère, l’espace change, de manière inversement proportionnelle au temps : comme un objet lourd déforme l’espace-temps, qu’un photon ne le déforme pas, et qu’il est plus rapide qu’une planète, il verra son temps s’écouler infiniment lentement. La planète va moins vite, et le déforme beaucoup, donc elle voit davantage le temps s’écouler.

C’est l’idée de dilatation des durées.

Eclaircissements :

-L’écoulement du temps est un fait physique mesurable, significatif à de très grandes vitesses. Admettons : Thomas Pesquet monte dans un vaisseau qui atteindrait 200000 km/s. Il voit les aiguilles tourner à la même cadence que sur Terre. Mais la vitesse va jouer sur l’écoulement réel du temps, qui va ralentir. Sur la Terre, l’écoulement du temps sera plus important. Les gens sur la Terre auront davantage vieilli que Thomas Pesquet car leur temps relatif se sera plus écoulé. En résumé, l’écoulement du temps est relatif à un référentiel de vitesse. (Inspiré du livre Les mystères du temps, Pierre Spagnou, éditions du CNRS, paru en 2017, p 236-237).

-Dans la relativité générale, un voyage dans le temps n’est pas exclu ; mais on comprend bien qu’il est absurde de s’imaginer interférer dans des événements passés. (Sources : idem)

L’expérience de Joseph C. Hafele et Richard E. Keating en 1971 à permis de supporter la théorie de la relativité générale d’Einstein de façon concrète. Cette expérience est relative-ment simple, un avion fais le tour de la terre par l’Est avec une horloge, un autre vers l’Ouest, et une horloge reste sur terre comme référentiel, le but est de s’apercevoir d’une dilation du temps en fonction de la vitesse.

(pour des résultats plus précis, il y avait 4 horloge par avions.)

La vitesse influe sur le temps car il y a un écart mesuré entre le référentiel et les avions mais pourquoi l’écart n’est-il pas équivalent vers l’Est et l’Ouest ?

Le référentiel de l’expérience est une horloge immobile par rapport à la Terre, seulement, en plus de devoir prendre en compte la différence de vitesse entre l’horloge au sol et l’avion, il faut prendre la différence de vitesse entre l’avion et la rotation de la Terre ! Ici, le référentiel « avance » plus que l’avion parti vers L’ouest d’où l’écart positif.

Cette expérience prouve la théorie de la relativité d’Einstein ! Ou pas … ? On voit clairement une variation dans les valeurs des horloges ce qui prouve qu’il y a un lien entre la vitesse et le temps seulement, en regardant les résultats de plus près, quelques horloges varient beaucoup trop …

Ce qui nous mène à nôtre dernière partie, pourquoi cette expérience est contestée ? Certains chercheurs comme Louis Essen (créateur des horloges atomiques au césium utilisés) remettent en cause l’expérience de Hafele et Keating de par l’inexactitude des résultats des horloges. De plus, les résultats prévus par la théorie de la relativité ne sont pas proche de la réalité pour l’expérience partant vers l’est ! On compte 50% de différence entre la réalité et la prédiction !

Pour conclure, cette expérience bien que contestée à permis de soutenir une des théorie les plus plausibles quand il s’agit de définir et comprendre le temps. Cependant, étant une des seules pistes vers la possibilité d’un déplacement dans le temps, cette dernière devra être suffisante à répondre à nôtre question !

Samuel Arsac

Le voyage dans le temps est un thème récurrent dans les œuvres de fiction. Dans cet article, nous étudierons plusieurs cas présentant ce concept.

Tout d’abord, le film Interstellar (2014), réalisé par Christopher Nolan, propose une vision scientifique du voyage dans le temps. Le film, qui se déroule dans un futur où la Terre est en déclin, suit une équipe d’astronautes utilisant un trou de ver pour chercher une planète habitable. Nolan, connu pour son approche réaliste, a collaboré avec l’astrophysicien Kip Thorne, lauréat du prix Nobel de Physique en 2017, pour intégrer des aspects scientifiques, comme la théorie de la relativité et les trous de ver, tout en adaptant certains éléments pour le scénario. [1][2]

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Ensuite, Retour vers le Futur (1985) de Robert Zemeckis adopte une approche plus fantaisiste. Dans ce film culte, le personnage Marty McFly utilise une voiture modifiée pour voyager dans le temps qui se base sur le principe qu’avec une certaine vitesse (88 miles par heure)[3] .Bien que moins rigoureux scientifiquement, il reste emblématique pour son influence culturelle et ses idées créatives.

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Le jeu vidéo Outer Wilds, développé par Mobius Digital, explore également le voyage dans le temps. Dans ce jeu, le joueur incarne un extraterrestre découvrant qu’une ancienne civilisation a étudié les trous noirs. Leur théorie implique qu’une grande énergie, comme celle d’une supernova, permettrait de remonter dans le temps en traversant un trou de ver. Bien que cette idée repose sur des hypothèses théoriques, elle s’intègre parfaitement dans l’univers imaginatif du jeu. [4]

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Enfin, certaines œuvres prennent des libertés totales avec le concept. Dans Harry Potter et le Prisonnier d’Azkaban (2004), le Retourneur de Temps permet de remonter dans le passé en tournant un objet magique. Cette explication rejette toute logique scientifique. Le Visiteur du Futur (2022) imagine une machine à voyager dans le temps sans expliquer son fonctionnement, privilégiant l’intrigue à la rigueur scientifique.

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Pour conclure cet article, les représentations du voyage dans le temps varient, oscillant entre réalisme et fantaisie. Si certaines œuvres, comme Interstellar, tentent de respecter les lois scientifiques, d’autres, comme Harry Potter, assument pleinement leur nature fictive.

L’idée de manipuler le temps, bien que souvent explorée dans la science-fiction, repose sur des principes scientifiques solides, notamment la relativité restreinte d’Einstein. Cette théorie postule que le temps s’écoule différemment pour des observateurs en mouvement relatif. Plus un objet se rapproche de la vitesse de la lumière, plus son temps ralentit par rapport à un observateur au repos. Cependant, à des vitesses humaines ou d’avions commerciaux, ces effets sont très faibles, mais mesurables avec des instruments précis comme des horloges atomiques.

1. Calculs de la dilatation du temps

La formule de la dilatation du temps en relativité restreinte est :

Où :

• Δt′ est le temps perçu par un observateur en mouvement,
• Δt est le temps mesuré par un observateur au repos,
• v est la vitesse relative de l’objet,
• c est la vitesse de la lumière.

À des vitesses proches de celle de la lumière, ces effets deviennent significatifs, mais à notre échelle, ils sont minimes et nécessitent des mesures très précises.

2. Applications pratiques de la dilatation du temps

a. Expériences réelles

• L’expérience Hafele-Keating (1971) a utilisé des horloges atomiques à bord de vols commerciaux. Elle a démontré que le temps s’écoule plus lentement pour les horloges en vol que pour celles restées au sol, confirmant ainsi la relativité restreinte.
• Le système GPS : Les satellites en mouvement rapide et à haute altitude subissent des effets de dilatation du temps. Les horloges des satellites tournent légèrement plus lentement que celles au sol, ce qui oblige les ingénieurs à corriger constamment ces différences de temps (environ 38 microsecondes par jour) pour garantir la précision du système.

b. Limites technologiques actuelles

Bien que des applications telles que le GPS intègrent la relativité pour fonctionner correctement, revenir dans le passé avec les technologies actuelles est pratiquement impossible. Pour que des effets de dilatation du temps aient un impact significatif, il faudrait atteindre des vitesses proches de la lumière, nécessitant des quantités d’énergie colossales bien au-delà des capacités actuelles.

3. Tentatives de manipulation du temps

Des concepts théoriques comme les trous de ver ont été avancés pour imaginer un retour dans le passé. Cependant, ces idées restent encore purement théoriques et les technologies nécessaires pour créer ou manipuler de tels phénomènes sont au-delà de nos capacités actuelles.

4. Conclusion : Le temps, une dimension à explorer

Bien que la dilatation du temps puisse être mesurée à l’échelle humaine, les possibilités de manipulation significative du temps restent limitées par nos technologies. Les expériences réelles montrent que des effets de dilatation du temps existent, mais ils sont extrêmement faibles dans le cadre de vitesses humaines. Quant à la possibilité de revenir réellement dans le passé, cela reste théoriquement impossible à l’échelle actuelle.