QU'EST-CE QUE LA DILATATION TEMPORELLE?

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L'un des sujets les plus intéressants dans le domaine de la science est le concept de relativité générale. Vous savez, cette idée que des choses étranges se produisent lorsque vous approchez de la vitesse de la lumière. Il y a d'étranges changements dans la longueur des choses, un décalage bizarre des longueurs d'onde. Et le plus déroutant de tous, il y a le concept de dilatation: comment vous pouvez littéralement vivre plus ou moins de temps en fonction de la vitesse à laquelle vous voyagez par rapport à quelqu'un d'autre.

Et encore plus étrange que ça? Comme nous l'avons vu dans le film Interstellar, le simple fait de passer du temps près d'un objet très massif, comme un trou noir, peut provoquer ces mêmes effets relativistes. Parce que la masse et l'accélération sont en quelque sorte la même chose?

Honnêtement, c'est suffisant pour vous donner un énorme mal de tête.

Mais juste parce que je trouve le concept déconcertant, je vais continuer à m'effondrer, en essayant d'en comprendre davantage et de vous aider à envelopper votre cerveau autour de lui aussi. Pour mon propre bénéfice, pour votre bénéfice, mais surtout pour mon bénéfice.

Il y a une grande anecdote dans l'histoire de la physique - ce n'est probablement pas ce qui s'est réellement passé, mais je l'aime toujours.

L'un des astronomes les plus célèbres du 20e siècle était Sir Arthur Eddington, interprété par un fringant David Tennant dans le film de 2008, Einstein and Eddington. Ce que vous devriez vraiment voir si vous ne l'avez pas déjà fait.

Donc, de toute façon, Doctor Who, je veux dire Eddington, avait découvert comment les étoiles génèrent de l'énergie (par fusion) et avait personnellement confirmé que les prédictions d'Einstein de la relativité générale étaient correctes lorsqu'il avait observé une éclipse solaire totale en 1919.

Apparemment, lors d'une conférence de Sir Arthur Eddington, quelqu'un a demandé: «Professeur Eddington, vous devez être l'une des trois personnes au monde qui comprennent la relativité générale.» Il a fait une pause pendant un moment, puis a dit: "Oui, mais j'essaie de penser à qui est la troisième personne."

Ce n'est certainement pas moi, mais je connais quelqu'un qui maîtrise la relativité générale, et c'est le Dr Brian Koberlein, professeur d'astrophysique au Rochester Institute of Technology. Il couvre ce sujet tout le temps sur son blog, One Universe At A Time, que vous devriez totalement visiter et lire sur briankoberlein.com.

En fait, juste pour montrer comment cela fonctionne, Brian a commodément poussé son bureau RIT à une vitesse presque légère et se précipite vers nous en ce moment.

Dr Brian Koberlein:
Salut Fraser, merci de m'avoir invité. Si vous pouvez vous accrocher une seconde, je dois juste ralentir.

Fraser Cain:
Que vient-il de se passer là-bas? Pourquoi avez-vous tous ralenti?

Brian:
C'est en fait un effet intéressant connu sous le nom de dilatation du temps. L'une des choses à propos de la lumière est que, quel que soit le cadre de référence dans lequel vous vous trouvez, quelle que soit la façon dont vous vous déplacez dans l'Univers, vous mesurerez toujours la vitesse de la lumière dans le vide pour être la même. Environ 300 000 kilomètres par seconde.

Et pour ce faire, si vous vous déplacez par rapport à moi, ou si je me déplace par rapport à vous, nos références temporelles et spatiales doivent changer pour maintenir la vitesse de la lumière constante. Alors que je m'éloigne plus vite de vous, mon temps selon vous doit sembler ralentir. De la même manière, votre temps semblera ralentir par rapport à moi.

Et cet effet de dilatation du temps est nécessaire pour maintenir la vitesse de la lumière constante.

Fraser:
Cela ne se produit-il que lorsque vous déménagez?

Brian:
La dilatation du temps ne se produit pas uniquement en raison d'un mouvement relatif, elle peut également se produire en raison de la gravité. La théorie de la relativité d'Einstein dit que la gravité est une propriété de la déformation de l'espace et du temps. Donc, quand vous avez une masse comme la Terre, elle déforme l'espace et le temps.

Si vous vous tenez sur la Terre, votre temps semble bouger un peu plus lentement que quelqu'un dans l'espace, à cause de la différence de gravité.

Maintenant, pour la Terre, cela n'a pas vraiment d'importance, mais pour quelque chose comme un trou noir, cela pourrait avoir beaucoup d'importance. À mesure que vous vous rapprochez de plus en plus d'un trou noir, votre temps semble ralentir de plus en plus.

Fraser:
Qu'est-ce que cela signifierait pour les voyages dans l'espace?

Brian:
À de nombreuses reprises dans la science-fiction, vous verrez l'idée d'une fusée se déplaçant très près de la vitesse de la lumière et utilisant la dilatation du temps pour voyager vers des étoiles lointaines.

Mais vous pourriez en fait faire la même chose avec la gravité. Si vous aviez un trou noir qui allait vers une autre étoile ou une autre galaxie, vous pourriez en fait prendre votre vaisseau spatial et l'orbiter très près du trou noir. Et votre temps semble ralentir. Pendant que vous êtes en orbite autour du trou noir, le trou noir prendrait son temps pour atteindre une autre étoile ou une autre galaxie, et pour vous, cela semblerait vraiment rapide.

C'est donc une autre façon d'utiliser la dilatation du temps pour voyager vers les étoiles, au moins dans la science-fiction.

Fraser:
Très bien Brian, j'ai une dernière question pour vous. Si vous devenez plus massif à mesure que vous vous rapprochez de la vitesse de la lumière, pourriez-vous obtenir autant de masse que vous vous transformez en trou noir? J'aimerais que vous répondiez à cette question sous la forme d'un article de blog sur briankoberlein.com et sur l'article Google+ que nous allons lier ici.

Brian:
Merci Fraser, j'aurai cette réponse sur mon site Web.

Une fois de plus, nous avons visité le domaine déconcertant de la dilatation du temps et sommes revenus relativement indemnes. Cela ne veut pas dire que je le comprends mieux, mais j'espère que vous le faites de toute façon. Encore une fois, un grand merci au Dr Koberlein d'avoir pris quelques minutes de son voyage relativiste pour répondre à nos questions. Assurez-vous de visiter son blog et de lire sa réponse à ma question.